apparecchiature utilizzabili

Transcript

La soluzione di laboratorio ideale per chi ha problemi di spazio!
MULTIMETRO DIGITALE
- LCD retroilluminato 3 1/2 digit
- tensione CC: da 200mV a 600V fs in 5 portate
- tensione CA: 200V e 600V fs
- corrente CC: da 200µA a 10A in 5 portate
- resistenza: da 200ohm a 2Mohm
- test per diodi, transistor e di continuità
- memorizzazione dati, buzzer
Il LAB1 comprende: un multimetro,
un alimentatore e una stazione saldante
in grado di soddisfare qualsiasi esigenza
di laboratorio.
Ideale per chi ha problemi di spazio!
E 148,00
LAB1
VERSIONE MONTATA
DIMMER DMX
a 1 CANALE
E 42,00
ALIMENTATORE STABILIZZATO
- uscita: 3 - 4,5 - 6 - 7,5 - 9 - 12Vcc
- corrente massima: 1,5A
- indicazione a LED di sovraccarico
STAZIONE SALDANTE
- tensione stilo: 24V
- potenza massima: 48W
- riscaldatore in ceramica con sensore integrato
- gamma di temperatura: 150°÷450°C
SET RADIOCOMANDO
a 8 CANALI
Tutti i prezzi s’intendono IVA inclusa.
LAB13-in-1
E 92,00
K8039
VERSIONE in KIT
Consente di controllare una o
più lampade mediante un segnale
DMX.
È particolarmente indicato per essere
utilizzato in teatri e discoteche e in
tutti i casi in cui è richiesto un controllo centralizzato delle luci.
Compatibile con tutte le apparecchiature funzionanti con lo standard
DMX-512. Adatto al controllo di cari-
chi resistivi, lampade ad incandescenza e alogene. 512 differenti indirizzi selezionabili tramite dip
switch; LED d’indicazione di alimentazione e di errore.
- carico applicabile: max. 1000 W @ 230V
(5 A) o 500 W @ 115 V;
- tensione d’ingresso: 115/230 Vac;
- dimensioni: 150 x 60 x 45 mm /
5,9 x 2,36 x 1,77”.
- soppressione dei disturbi di uscita tramite
VDR;
- LED di conferma su ogni contatto a relè;
- alimentazione: 12 Vac/500mA.
SENSORE di TEMPERATURA
E 19,00
Facilmente adattabile a qualsiasi dispositivo,
è ideale per impianti luce, ventole,
sistemi di riscaldamento e
condizionamento, pompe,
impianti di irrigazione, ecc.
Attivazione: mendiante pulsante con
led incorporato.
alimentazione: 100 - 240VAC;
ritardo di spegnimento: 30min / 1h / 4h / 8h / 24h;
relè di uscita: 10A/240VAC max;
dimensioni: 65 x 50 x 26mm.
Set composto da un trasmettitore radio codificato e da un ricevitore con controllo a
relè a 8 canali. La disponibilità di differenti indirizzi consente di utilizzare più sistemi
all’interno degli stessi locali. Portata di oltre 50 metri, possibilità di funzionamento
in modalità astabile o bistabile. Tastiera a membrana conduttiva. È adatto per essere impiegato in varie applicazione: controllo delle luci, selezione diffusori acustici,
ecc. È la versione già montata dei kit K8056 e K8058.
TRASMETTITORE:
- frequenza di lavoro: 433MHz.
RICEVITORE:
- 8 uscite con relè di potenza da 5A/230Vac
(massimo);
TIMER per CARICHI
di POTENZA
-
VM118
VERSIONE
MONTATA
VM132
VERSIONE MONTATA
E 16,00
K8075
VERSIONE in KIT
Via Adige, 11 ~ 21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331-799775 ~ Fax. 0331-778112
www.futuranet.it
Sensore di temperatura per impieghi generali in grado di
rilevare temperature comprese tra -20°C e +70°C.
Facilmente interfacciabile con dispositivi di controllo,
condizionamento e riscaldamento.
- uscita: 0~20mA.;
- tensione di alimentazione: 12VDC per uscita 0~5V, 15VDC per uscita
0~10V.
il CATALOGO Disponibili presso i migliori negozi di elettronica o nel nostro
È disponibile
2006-2007
punto vendita di Gallarate (VA). Caratteristiche tecniche e
an
m
lle
KIT Ve
vendita on-line: www.futuranet.it
na.
lia
ita
a
in lingu
14
Pag. 14
25
HEARTRATEVARIABILITY: IMPARIAMOADASCOLTAREILNOSTROCUORE
Approfondiamo la conoscenza della HRV e realizziamo un semplice dispositivo in grado di
rilevare e registrare su SD-Card la distanza esatta fra un battito cardiaco e l'altro.
Successivamente un software elaborerà i dati fornendo delle importanti informazioni sul
nostro stato psicofisico. Prima puntata.
DEMOBOARD PER BLUETOOTH: IL SOFTWARE PER PC
Proseguiamo nella descrizione della demoboard Bluetooth presentando il software per PC
utilizzato per configurare il dispositivo e per effettuare la connessione ad una unità remota.
Descriviamo anche i comandi AT e scopriamo come utilizzare una chiavetta USB per colloquiare con una demoboard remota.
Pag. 74
33
PREAMPLIFICATORE PER CHITARRA
Permette di ascoltarsi in cuffia quando si suona la chitarra elettrica; è stato pensato per chi
si esercita a casa la sera o in luoghi dove il tradizionale amplificatore per strumenti musicali non si può usare perché farebbe troppo rumore. Dispone di un’uscita per cuffia e di
un’altra con la quale mandare il segnale a un mixer o all’amplificatore.
Sommario
ELETTRONICA IN
www.elettronicain.it
www.elettronicain.it
Rivista mensile, anno XII n. 107
APRILE 2006
Direttore responsabile:
Arsenio Spadoni
([email protected])
Redazione:
Carlo Tauraso, Gabriele Daghetta, Paolo Gaspari, Boris
Landoni, Alessandro Sottocornola, Francesco Doni.
([email protected])
Grafica:
Alessia Sfulcini
([email protected])
Ufficio Pubblicità:
Monica Premoli (0331-799775).
([email protected])
Ufficio Abbonamenti:
Elisa Guarnerio (0331-799775).
([email protected])
DIREZIONE, REDAZIONE,
PUBBLICITA’:
VISPA s.n.c.
via Adige 11
21013 Gallarate (VA)
Telefono 0331-799775
Telefax 0331-778112
Abbonamenti:
Annuo 10 numeri Euro 36,00 Estero 10 numeri Euro 78,00
Le richieste di abbonamento vanno inviate a: VISPA s.n.c.,
via Adige 11, 21013 Gallarate (VA) tel. 0331-799775.
Distribuzione per l’Italia:
SO.DI.P. Angelo Patuzzi S.p.A.
via Bettola 18
20092 Cinisello B. (MI)
Telefono 02-660301 telefax 02-66030320
Stampa:
ROTO 3 srl - Via Turbigo, 11/b -20022 CASTANO PRIMO (MI)
Elettronica In:
Rivista mensile registrata presso il Tribunale di Milano con il
n. 245 il giorno 3-05-1995.
Una copia Euro 4,50, arretrati Euro 9,00
(effettuare versamento sul CCP n. 34208207 intestato a VISPA snc)
(C) 1995 ÷ 2005 VISPA s.n.c.
Poste Italiane Spa - Spedizione in abbonamento Postale - D.L.
353/2003 (conv. in L. 27/02/2004) art.1 comma 1 - DCB Milano.
Impaginazione e fotolito sono realizzati in DeskTop Publishing
con programmi Quark XPress 6.1 e Adobe Photoshop 8.0 per
Windows. Tutti i diritti di riproduzione o di traduzione degli articoli pubblicati sono riservati a termine di Legge per tutti i Paesi.
I circuiti descritti su questa rivista possono essere realizzati
solo per uso dilettantistico, ne è proibita la realizzazione a
carattere commerciale ed industriale. L’invio di articoli implica
da parte dell’autore l’accettazione, in caso di pubblicazione,
dei compensi stabiliti dall’Editore. Manoscritti, disegni, foto ed
altri materiali non verranno in nessun caso restituiti. L’utilizzo
degli schemi pubblicati non comporta alcuna responsabilità da
parte della Società editrice.
2
41
CLIENT FTP CON MICROCONTROLLORE ENC28J60
Versione aggiornata con un nuovo controller Ethernet della scheda Client FTP che abbiamo presentato nei mesi scorsi. Il nuovo chip sostituisce l’RTL8019 introducendo nuove funzionalità e
consentendo di semplificare notevolmente il firmware. Dal punto di vista pratico l’utilizzo di un
integrato dual-in line (anziché SMD) rende più semplici anche le operazioni di montaggio.
53
ICD2, PROGRAMMATORE DEBUGGER IN CIRCUIT
57
RADIOCOMANDO 12 CANALI CON ROLLING-CODE
69
Sveliamo i segreti di questo dischetto magico che spesso viene scambiato per un CD o addirittura per un barattolo promozionale… Nulla di tutto questo! Si tratta dell’In-Circuit
Debugger 2 (ICD2) di Microchip, la soluzione “All-in-one”, debugger più programmatore per
i microcontrollori PICmicro: è il tool ideale per i progettisti dal budget limitato.
Radiocomando a 12 canali con codifica rolling-code facilmente realizzabile da chiunque ed
utilissimo in numerose occasioni. Questo progetto ci fornisce la possibilità di approfondire
le conoscenze dell'encoder HCS301 della Microchip al fine di sfruttarne tutte le potenzialità.
Il ricevitore può utilizzare moduli radio funzionanti in AM o FM e può essere controllato anche
mediante TX a uno, due o tre canali. Prima puntata.
LA TUA POSIZIONE SUL WEB
Un servizio di localizzazione on-line completamente gratuito per i nostri lettori che hanno
realizzato, o si apprestano a farlo, uno dei terminali remoti GSM/GPS descritti in passato
sulla rivista.
74
APRICANCELLO GSM CON ANTENNA INTEGRATA
83
ALLA SCOPERTA DEL CAN-BUS
Apri il cancello elettrico utilizzando il tuo cellulare! Senza costi supplementari, questa unità
GSM può essere collegata in parallelo all’impianto esistente dando la possibilità di aprire il
cancello col normale telecomando o col proprio cellulare. Gestione degli utenti da remoto
mediante SMS o in locale tramite apposito software.
Nato come protocollo di comunicazione seriale per fare colloquiare tra loro tutti i sistemi
elettronici presenti a bordo delle autovetture, si sta affermando anche nell’automazione
industriale e nella domotica. In questa quinta puntata approfondiamo il firmware relativo ai
nodi analizzando il main program relativo.
Mensile associato
all’USPI, Unione Stampa
Periodica Italiana
Iscrizione al Registro Nazionale della Stampa
n. 5136 Vol. 52 Foglio 281 del 7-5-1996
e al ROC n. 3754 del 27/11/2001
aprile 2006 - Elettronica In
Se il sole spagnolo brilla di più.
25
33
41
53
57
Editoriale
14
Ogni giorno ci passano davanti agli occhi centinaia e centinaia di fotografie
ma solo poche ci colpiscono e rimangono impresse nella nostra mente per
tutta la vita. Tra le poche immagini che ricordo e che ho sempre ben presente,
una foto scattata in California che risale ad almeno 40 anni fa (eravamo al
tempo degli hippy e dei “figli dei fiori”) nella quale si vedeva una grossa
parabola riflettente realizzata con una rete metallica che utilizzava come
specchio migliaia di lattine di coca cola tagliate a metà. Questa parabola
concentrava i raggi del sole su un bidone pieno d'acqua la cui ebollizione
azionava un generatore elettrico che forniva corrente alla vicina casa.
In questi anni, molti di noi hanno seguito gli sviluppi della tecnologia solare
ed in particolare del fotovoltaico, un'evoluzione lenta e ancora poco
significativa da un punto di vista economico. Come appassionato di
elettronica mi sono spesso occupato di questo argomento proponendo la
costruzione di piccoli impianti solari, regolatori di carica, ecc.
Quell'immagine, tuttavia, era sempre presente nella mia mente. Se quattro
hippy (magari anche un po' fumati) erano riusciti a produrre energia dal sole
in un modo così semplice, possibile, mi domandavo spesso, che con la
tecnologia di cui disponiamo oggi non si riesca a produrre energia con un
metodo simile ed a costi finalmente competitivi rispetto a quella ricavata dai
combustibili fossili? Non so se qualcun altro aveva visto quella foto, fatto sta
che proprio nel nostro paese questa tecnologia, denominata solare
termodinamico, è diventata finalmente “matura” con l'impiego di un nuovo
fluido termovettore diverso dall'olio sintetico utilizzato negli impianti
attualmente in esercizio e con l'utilizzo di un sistema di accumulo termico
mediante il quale l'impianto può erogare energia nell'arco delle 24 ore,
ovvero anche di notte, comportandosi di fatto come una normale centrale
termoelettrica o nucleare. Un importante risultato raggiunto dai ricercatori
dell'ENEA sotto la guida del premio Nobel Carlo Rubbia, tanto più
significativo per un paese come il nostro nel quale la dipendenza dall'estero
delle fonti di energia è dell'ordine dell'85% del fabbisogno complessivo.
Il progetto Archimede, con la costruzione della prima centrale solare da 20
MW in abbinamento ad una centrale tradizionale, doveva rappresentare la
conferma definitiva di questa tecnologia con il successivo avvio della
costruzione di una serie di centrali molto più potenti. Ebbene la notizia di
questi giorni riguarda proprio il prof. Rubbia, che dopo essere stato
“dimissionato” dalla presidenza dell'ENEA l'anno scorso (di fatto buttando al
vento le ricerche degli ultimi tre anni), è stato chiamato in Spagna per
dirigere la costruzione di una serie di centrali da 50 MW che utilizzano la
stessa tecnologia. Che il sole spagnolo brilli più di quello italiano? O forse
abbiamo scoperto il petrolio anche in Italia tanto da poter fare a meno del
solare? O forse, più semplicemente, i politici spagnoli son un po' più furbi di
quelli italiani? Tra l'altro, da poco sono arrivati anche i cinesi che hanno
manifestato grande interesse per questa tecnologia. Chissà, non è improbabile
che tra qualche anno importeremo dalla Cina anche le centrali solari.
Speriamo che qualcuno si vergogni di questa brutta storia e ci auguriamo che
il prossimo governo, quale che sia, richiami al più presto il prof. Rubbia:
abbiamo sempre più bisogno di energia, possibilmente pulita e rinnovabile!
Arsenio Spadoni
([email protected])
[elencoInserzionisti]]
74
83
Elettronica In - aprile 2006
Compendio Fiere
Fiera di Pordenone
Expo Elettronica - Blu Nautilus
GR Elettronica
Fiera di Empoli
RM Elettronica
Fiera di Genova
Telstar
Fiera di Novegro
Wireless
Fiera di Pescara
www.mdsrl.it
Futura Elettronica
La tiratura di questo numero è stata di 22.000 copie.
3
Amplificatori BF da 3 a 600W
VM1
0
00 Euro 52,0
Codice
K8066
VM1
0
13 Euro 29,0
Natura Tipologia
Stadio
kit
mono
TDA7267A
Una vasta gamma di amplificatori di Bassa
Frequenza, dai moduli monolitici da pochi
watt fino ai più sofisticati amplificatori
valvolari ed ai potentissimi finali a
MOSFET. Normalmente disponibili in
scatola di montaggio, alcuni modelli
vengono forniti anche montati e collaudati.
K40
0
05B Euro 108,0
Potenza
Potenza RMS
musicale max
max
Impedenza
Dissipatore Contenitore
di uscita
Alimentazione
Note
Prezzo
-
3W / 4 ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
6-15 VDC
modulo
10,00
K4001
kit
mono
TDA2003
7W
3,5W / 4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
6-18 VDC
modulo
11,00
VM114
montato
mono
TDA2003
7W
3,5W / 4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
6-18 VDC
modulo
14,00
FT28-1K
kit
mono
TDA7240
-
20W/4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
10-15 VDC
booster auto
10,30
FT28-2K
kit
stereo
2 x TDA7240
-
2 x 20W/4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
10-15 VDC
booster auto
18,00
K4003
kit
stereo
TDA1521
2 x 30W
2 x 15W/4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
2 x 12 VAC
modulo
27,50
VM113
montato
stereo
TDA1521
2 x 30W
2 x 15W/4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
2 x 12 VAC
modulo
29,00
FT104
kit
mono
LM3886
150W
60W / 4ohm
4 / 8 ohm
NO
NO
±28 VDC
21,50
FT326K
kit
mono
TDA1562Q
70W
40W / 4ohm
4 / 8 ohm
NO
NO
8-18 VDC
FT15K
kit
mono
K1058/J162
150W
140W / 4ohm
4 / 8 ohm
NO
NO
±50 VDC
FT15M
montato
mono
K1058/J162
150W
140W / 4ohm
4 / 8 ohm
NO
NO
±50 VDC
K8060
kit
mono
TIP142/TIP147
200W
100W / 4ohm
4 / 8 ohm
NO
NO
2 x 30 VAC
modulo
modulo
classe H
modulo
MOSFET
modulo
MOSFET
modulo
VM100
montato
mono
TIP142/TIP147
200W
100W / 4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
K8011
kit
mono
4 x EL34
-
90W / 4-8ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
K3503
kit
stereo
TIP41/TIP42
2 x 100W
4 / 8 ohm
SI
SI
K4004B
kit
mono/
stereo
TDA1514A
200W
4 / 8 ohm
SI
SI
±28 VDC
-
80,00
K4005B
kit
mono/
stereo
TIP142/TIP147
400W
4 / 8 ohm
SI
SI
±40 VDC
-
108,00
K4010
kit
mono
2 x IRFP140 /
2 x IRFP9140
2 x 50W / 4ohm
2 x 50W / 4ohm
(100W / 8ohm,
ponte)
2 x 50W / 4ohm
(200W / 8ohm,
ponte)
300W
155W / 4ohm
4 / 8 ohm
SI
NO
MOSFET
228,00
K8040
kit
mono
TDA7293
125W
90W / 4ohm
4 / 8 ohm
SI
SI
MOSFET
285,00
K8010
kit
mono
4 x KT88
-
65W / 4-8ohm
4 / 8 ohm
SI
SI
M8010
montato
mono
4 x KT88
-
65W / 4-8ohm
4 / 8 ohm
SI
SI
kit
stereo
8 x EL34
-
2 x 90W / 4-8ohm
4 / 8 ohm
SI
K4040B
kit
stereo
8 x EL34
-
2 x 90W / 4-8ohm
4 / 8 ohm
SI
Tutti i prezzi si intendono IVA inclusa.
K4040
Via Adige,11 ~ 21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331/799775 ~ Fax. 0331/778112
www.futuranet.it
Disponibili
presso i
migliori negozi
di elettronica o
nel nostro punto
vendita di
Gallarate (VA).
Caratteristiche
tecniche e
vendita on-line:
www.futuranet.it
K80
0
10 Euro 1.100,0
SI
(cromato)
SI
(nero)
FT1
5M
27,00
30,00
40,00
21,00
2 x 30 VAC
modulo
52,00
230VAC
valvolare 550,00
(alimentatore compreso)
10-15 VDC
booster auto 148,00
230 VAC
230 VAC
230 VAC
230 VAC
230 VAC
230 VAC
Euro 40,
00
valvolare
classe A
valvolare
classe A
1.100,00
1.150,00
valvolare
1.200,00
valvolare
1.200,00
VM1
0
14 Euro 14,0
Lettere
“
Sulle tracce del
fenicottero rosa
Alcuni amici appartenenti ad un’associazione naturalistica, conoscendo la mia passione per l'elettronica, mi hanno chiesto di realizzare un'apparecchiatura radio da applicare ad un fenicottero rosa che, insieme a tantissimi altri uccelli della stessa specie, trascorre molti mesi (e in alcuni casi nidifica)
negli stagni vicino a Cagliari. Ho pensato di
utilizzare un sistema GPS/GSM alimentato
da una batteria al litio che si attiva automaticamente ed invia un paio di volte al giorno la posizione ...
Antonio Pinna - Cagliari
Impianti solari
grid-connected
Quando la quotazione del barile di petrolio
era di 10-15 dollari si diceva che l'energia
fotovoltaica sarebbe diventata conveniente
solamente con un prezzo del barile 10 volte
superiore. Oggigiorno, anche se non siamo
ancora a questi livelli, manca davvero poco.
Anche per questo motivo vorrei installare
Per ulteriori informazioni
sui progetti pubblicati e
per qualsiasi problema
tecnico relativo agli
stessi è disponibile il
nostro servizio di
consulenza tecnica che
risponde allo 0331-245587.
Il servizio è attivo
esclusivamente
il lunedì e il mercoledì
dalle 14.00 alle 17.30.
S
O
S
sul tetto della mia casa un impianto fotovoltaico in grado di generare l'energia elettrica di cui ho bisogno. La cosa che non riesco a capire è come fare ad immagazzinare
l'energia prodotta, i pannelli infatti funzionano solamente quando c'è il sole...
Mario Biraghi - Roma
Parola ai lettori
Per questo genere di applicazioni, anche se
l'uccello al quale vorresti fissare l'apparecchiatura ha dimensioni notevoli, l'utilizzo di
sistemi GPS/GSM è ancora tutto da sperimentare a causa della scarsa copertura
della rete GSM in molti paesi in via di sviluppo. Attualmente per questa applicazione
vengono utilizzate apparecchiature UHF
ultraminiatura che sfruttano il sistema
satellitare Argos.Questa rete è composta da
sei satelliti in orbita polare ad un'altezza di
circa 860 km dotati di ricevitori a 401,650
MHz. L'impronta di ciascun satellite è di
circa 5.000 km di diametro e lo spostamento di 25° durante ciascuna orbita consente
a questo network di coprire l'intera superficie terrestre almeno 80 volte al giorno ai
poli e 20 volte all'equatore. Il trasmettitore
(la cui potenza può variare da 100 mW ad
oltre 1 watt) invia ogni 20-200 secondi una
stringa di dati contenente il proprio identi-
ficativo ed alcune semplici informazioni; se
durante un'orbita il segnale viene ricevuto
almeno due volte, il software di gestione
del sistema è in grado di calcolare (grazie
all'effetto doppler) la posizione del trasmettitore con una precisione di circa 1501000 metri. Questi dati vengono ritrasmessi ad alcune stazioni a terra e resi disponibili agli utenti tramite una connessione
Internet. I trasmettitori radio utilizzati pesano poche decine di grammi e quelli autoalimentati presentano un'autonomia di funzionamento compresa tra 50 e 200 giorni,
in funzione della batteria utilizzata e del
periodo di attivazione del trasmettitore.
Nelle versioni più sofisticate, al trasmettitore UHF viene abbinato un minuscolo ricevitore GPS in grado di garantire una maggiore precisione. Tuttavia l'invio delle informazioni avviene sempre tramite la rete Argos
in quanto, come dicevamo in precedenza,
non esiste una copertura GSM in mezzo agli
oceani o nella savana africana. L'alternativa
è un GPS con memorizzazione dei dati (un
data-logger, insomma) abbinato ad un trasmettitore GSM. In questo modo, non appena l'animale (anche dopo parecchi mesi)
entrerà in una zona coperta da tale servizio,
tutti i dati memorizzati potranno essere
facilmente scaricati e recuperati ricostruendo la rotta percorsa. La soluzione da te ipotizzata (sistema GPS/GSM tradizionale) può
dunque essere presa in considerazione
solamente nel caso di animali che si muovano esclusivamente all'interno di territori
con una buona copertura GSM, ad esempio
in Italia o in Europa.
Servizio
consulenza
tecnica
Dal punto di vista prettamente economico
(ovvero senza considerare i benefici per
l'ambiente) l'energia fotovoltaica presenta
ancora un costo troppo elevato per poter
competere con il petrolio o il gas combustibile. Recenti studi hanno evidenziato come
il livello di parità si attesti attorno ai 300
dollari al barile, una quotazione molto lontana dal pur elevato prezzo attuale.
Tuttavia, grazie agli incentivi statali che si
traducono nella possibilità di vendere i kWh
prodotti a prezzi sensibilmente superiori a
quelli di mercato, la realizzazione di un
impianto fotovoltaico per un’abitazione privata o una piccola ditta può rivelarsi un
buon affare.
Ovviamente si tratta di impianti molto
diversi per tipologia e dimensioni rispetto a
quelli di cui ci siamo occupati in passato
sulle pagine della rivista.
Gli impianti fotovoltaici si dividono infatti in
due grandi categorie: impianti autonomi
funzionanti in isola (stand-alone) e impianti collegati in parallelo alla rete elettrica
pubblica (grid-connected).
Nel primo caso si tratta di sistemi in grado
di fornire energia elettrica ad apparecchia-
5
ture isolate (ponti radio, piccole imbarcazioni, ecc) o al massimo a sperdute baite di
montagna durante il fine settimana. In questo caso l'energia fornita da 2-3 pannelli
solari viene immagazzinata in batterie al
piombo e trasformata in corrente alternata
da appositi inverter quando necessario. Di
solito la potenza installata non supera i 200300 watt di picco e l'energia immagazzinata è sufficiente a fare funzionare qualche
lampadina nei week-end.
Un impianto “domestico” grid-connected
presenta invece potenze di picco comprese
tra 1 e 20 kW con un numero di pannelli
solari variabile tra 5 e 100 unità.
In questo caso l'energia prodotta dai pannelli viene trasformata in corrente alternata
a 220 volt ed immessa direttamente nell'impianto di casa.
L'energia prodotta viene misurata da un
contatore supplementare installato
dall'ENEL e viene pagata (per i 20 anni successivi all'installazione) ad un prezzo “politico” di circa 0,45 Euro al kWh, indipendentemente dal fatto che venga consumata dall'utente o venga assorbita dall'ENEL. Nel
caso in cui questa energia venga utilizzata
sumata localmente o ceduta all'ENEL.
Quando il sistema non produce energia (la
notte, in condizioni di scarsa insolazione,
ecc.), l'utente preleva ciò che gli serve dalla
rete pubblica. Questo incentivo statale, noto
come “Conto Energia”, produrrà sicuramente
un fortissimo incremento di impianti fotovoltaici di piccola e media dimensione in
dall'utente, i kWh non vengono addebitati e
contribuiscono a rendere più “leggera” la
normale bolletta elettrica. In pratica, viene
sommato all'incentivo definito dalle tariffe
citate il risparmio reso possibile dall'utilizzo
della stessa energia elettrica solare (che
equivale ad energia non prelevata dalla rete
e quindi che non si vedrà mai sulle bollette).
In questo caso non è necessario immagazzinare l'energia solare (problema enorme) in
quanto tutta l'energia prodotta viene con-
quanto particolarmente conveniente.Per comprendere meglio il
tutto prendiamo come esempio
un famiglia media del Centro
Italia abitante in una casa indipendente il cui consumo sia di
circa 8.000 kWh all'anno con un
costo di circa 1500 Euro (0,18
Euro/kwh).
Se questa famiglia si dotasse di
un impianto fotovoltaico da
6
4 kWp (32 mq di pannelli oltre agli inverter
ed alla centralina) spenderebbe complessivamente (installazione inclusa) 25-30 mila
euro e l'impianto produrrebbe circa 5.000
kWh all'anno. Con il Conto Energia la famiglia incasserà 2.250 Euro all'anno (5.000
kWh prodotti x 0,45 Euro) ai quali andranno
sommati altri 900 Euro di risparmio sulla
bolletta (5.000 kWh prelevati in meno
dall'Enel x 0,18 Euro); un totale quindi di
3.150 Euro all'anno.Quella famiglia ammortizzerà l'investimento in circa 8-9 anni e
negli anni successivi (fino a 20 anni) avrà un
reddito di 3.150 Euro netti.
Il tutto senza considerare i notevoli benefici
per l'ambiente equivalenti ad una minore
emissione in atmosfera di oltre 2,5 tonnellate di CO2 ogni anno.
”
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2006
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Elettronica In propone mensilmente progetti
tecnologicamente molto avanzati, sia dal punto di
vista hardware che software, cercando di illustrare
nella forma più chiara e comprensibile le modalità
di funzionamento, le particolarità costruttive e le
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E SATELLITARE CON DVR INCORPORATO
Il nuovo decoder TOPFIELD
TF5400PVR Combo permette di
avere funzionalità uniche e all’avanguardia, poiché dispone non solo di
un disco fisso da 160 Gb per la registrazione dei programmi, ma anche
di un doppio tuner TERRESTRE +
SATELLITE. Questo significa che è
possibile innanzitutto sintonizzatore su un solo apparecchio tutti i programmi disponibili per la Tv digitale
terreste e satellite, e poi di registrare un programma mentre se ne
guarda un altro, o addirittura mentre si fa zapping su altri canali
(ZAP/REC – zapping/recording),
indipendentemente dal fatto che
siano terrestri o sat. Oppure che è
possibile registrare due programmi,
anche in contemporanea alla visione di un programma registrato.
Un tasto apposito permette di rivedere istantaneamente gli ultimi 10
secondi di trasmissione, anche al
rallentatore (replay istantaneo e
moviola). E’ possibile la visione in
differita (time shifting), se il programma che vi capita di seguire
viene interrotto dal campanello
della porta o da una telefonata, la
semplice pressione di un tasto è
sufficiente per iniziare a registrarlo.
Al termine dell’interruzione il programma potrà riprendere dal punto
in cui era stato interrotto e naturalmente finirà solo alcuni minuti più
tardi del previsto. Altre caratteristiche peculiari del prodotto sono la
programmazione della registrazione direttamente dalla guida elettronica dei programmi (Electronic
Programming Guide), diverse velocità di playback, funzione “segnalibro” per vedere un programma da
punti prestabiliti, copia e taglia sui
filmati registrati.
Info:
www.auriga.it/topfield
STMicroelectronics ha annunciato la
disponibilità del nuovo ricetrasmettitore ST7540 capace di trasmettere
dati lungo le normali linee elettriche
(Narrowband
Power
Line
Communications). Il nuovo componente arricchisce l’offerta della
Società estendendola anche a quei
sistemi per il monitoraggio remoto e
a quelle applicazioni di automazione
domestica e degli edifici, in cui non
è richiesto l’uso di particolari funzioni accessorie, ma si richiede l’implementazione di nodi di comunicazione particolarmente economici e di
ridotte dimensioni.
Il dispositivo ST7540 è un ricetrasmettitore half duplex con modulazione Binary-FSK (Frequency Shift
Keying) studiato per comunicazioni
bidirezionali che sfruttano le linee
elettriche di alimentazione esistenti
senza quindi bisogno di dover
installare linee dedicate alla comu-
nicazione (BUS). Può funzionare
utilizzando otto frequenze selezionabili per la portante nelle bande
CENELEC A, B e C, e quattro baud
rate programmabili da 600 a 4800
bps. Il nuovo ST7540, estremamente compatto e con un ridotto
numero di piedini, utilizza la stessa
tecnologia di base già ampiamente
sperimentata con successo nel precedente ST7538. Come funzioni
aggiuntive è stato integrato un
nuovo regolatore di tensione a
3,3V e 50mA, studiato per alimentare diversi tipi di microcontrollori
esterni. Data sheet e caratteristiche: www.st.com
TRANSCEIVER USB PER TECNOLOGIA XSCALE® INTEL
LA FACCIA AL
POSTO DEL PIN
Cypress Semiconductor ha introdotto un transceiver USB 2.0 “full-speed”
ottimizzato per la più recente famiglia di processori di Intel (nome in codice Monahans) basati sull’architettura XScale® di terza generazione. Il dispositivo è conforme allo standard USB 2.0 Transceiver Macrocell Interface
(UTMI) ed è approvato per il kit di sviluppo della piattaforma Monahans
(PDK).Il nuovo transceiver denominato CY7C68000A è ospitato in un package VFBGA (Very Fine Pitch Ball Grid Array) a 56 palline di dimensioni pari a
soli 5 x 5 mm con passo di 0,5 mm: si tratta del package più piccolo finora
disponibile per questo tipo di dispositivo. Ridottissimo anche l’assorbimento della corrente in fase di sospensione dell’esecuzione di un programma pari a soli 15 µA. Questo dispositivo è ideale per l’uso in una vasta gamma di dispositivi alimentati a batteria tra cui telefoni mobili, PDA, telefoni “intelligenti”,
riproduttori portatili multimediali (PMP – Portable Media Player) e sistemi GPS palmari. Il transceiver MoBL-USB TX2
si distingue per numerose caratteristiche e funzioni tra cui: - Conformità allo standard UTMI e certificazione USB 2.0
per il funzionamento del dispositivo; - Supporto delle modalità USB 2.0 “high-speed” (480 Mbps) e “full-speed” (12
Mbps); - Conversioni seriale/parallela e parallela/seriale; - Interfaccia per dati esterni a 8 bit unidirezionale, a 8 bit bidireionale o a 16 bit bidirezionale; - Rilevamento EOP e a campo sincrono sui pacchetti ricevuti e generazione sui pacchetti trasmessi; - Bit stuffing/unstuffing, rilevazione dell’errore di bit stuff, registri staging (a trasferimento radiale)
per gestire le variazioni della velocità di trasferimento dati; Interfaccia parallela a 16 bit a 30 MHz e a 8 bit a 60 MHz;
- Supporto delle modalità di test previste da USB 2.0.
I componenti della famiglia Monahans hanno la flessibilità e le caratteristiche necessarie per assicurare l’integrazione di un numero decisamente elevato di funzionalità – ha detto Steven Larky, managing director della linea di prodotti USB di Cypress Semiconductor – e siamo particolarmente felici del fatto che il nostro transceiver USB sia stato
scelto per il kit di sviluppo della piattaforma Monahans. MoBL-USB TX2 rappresenta la soluzione ideale per questa e
molte altre piattaforme mobili”.
Ulteriori informazioni sul prodotto sono disponibili sul sito: www.cypress.com
News
Vodafone ha annunciato la distribuzione in Giappone del modello
904SH, un 3G GSM con fotocamera
da 3,2 Mp, 3D Surround e miniSD.
Fin qui tutto, o quasi, di usuale:
quello che invece tanto usuale non
si può dire che sia, è il fatto che il
telefono è in grado di potervi riconoscere, tramite i vostri personali
lineamenti del viso, per mezzo del
sistema OKI Face Recognition
Sensor. Basta PIN, antifurti e codici
segreti, faccia in fronte al telefonino
e via con l'usuale fatica quotidiana
nella giungla degli apparati di
comunicazione contemporanei.
Info: www.vodafone.jp
DA ST IL NUOVO ST7540
11
SHARP AMPLIA L'OFFERTA HOME THEATER CON IL NUOVO
PROIETTORE DLP AD ALTA DEFINIZIONE XV-Z3000
L'home theater a portata di tutti: è
la missione che Sharp intende perseguire nel prossimo futuro, soprattutto in vista dei prossimi Mondiali
di Calcio e dell'imminente lancio di
nuovi canali tematici HD, con l'introduzione di proiettori sempre più
all'avanguardia e sempre più competitivi, come il nuovo modello portatile DLP (Digital Light Processing)
SharpVision® XV-Z3000.
Questo prodotto elegante, leggero e
HD, porta l'home entertainment a
un livello superiore grazie alla capacità di proiettare contenuti ad alta
definizione e offrire la qualità d'immagine più viva e realistica oggi
disponibile; il tutto unito a livelli di
luminosità e rapporti di contrasto
superiori, che fanno di XV-Z3000 di
Sharp una soluzione competitiva e
tecnologicamente all'avanguardia
che non tarderà a conquistare il
mercato, anche in funzione della
MODULI DI
MEMORIA 8GB
Samsung ha miglioraro la propria
offerta di prodotti FB-DIMM per server ad alta velocità aumentando la
densità in modo da ottenere
memorie da 8 Gb adottando DDR da
2 Gb a 80 nanosecondi.
In questo modo i costruttori che utilizzano memorie ad alta densità
Samsung potranno aumentare la
quantità di memoria installata e
riservare slot per altre applicazioni e
futuri aggiornamenti.
Le memorie Samsung quali le FBDIMM da 8 Gb sono ideali per tutte
le soluzioni con problemi di spazio,
principalmente in server da 1 unità
e blade.
La gamma completa di prodotti
Samsung comprende tutte le variazioni di memorie DRAM da DDR a
DDR2 e da R-DIMM a FB-DIMM con
capacità da 512 Mb sino a 8 Gb.
Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito del produttore:
www.samsung.com
12
sempre maggiore richiesta di prodotti HD dotati di ingresso HDMI.
Il nuovo proiettore Sharp vanta il
chip 0.65" DMD 1280 x 768 di Texas
Instruments, che integra la tecnologia BrilliantColor™ e il processore di
immagini TrueVision™, per una
qualità d'immagine più realistica,
con alta luminosità e colori vivi. Il
chip fornisce anche una conversione
a 10 bit I/P e il nuovo processore
video IC DDP3020, con il risultato di
immagini ininterrotte e rumore
ridotto. Per semplificare l'installazione, il nuovo proiettore Sharp
include anche un'interfaccia HDMI
(High-Definition
Multimedia
Interface) che consente di trasferire
video HD e audio multi canale da un
set-top box al proiettore con un
unico cavo.
Con una risoluzione HD di 1280 x
768, un sorprendente rapporto di
contrasto di 6500:1 e una lumino-
OSCILLOSCOPIO
CON JOYSTICK
sità di 1200 ANSI lumen, XV-Z3000
offre agli utenti un'esperienza
home theater mozzafiato. Una ruota
colore a 6 segmenti, supportata da
una velocità di rotazione 5x, offre
un'accurata riproduzione di colore
per immagini realistiche e nitide. In
più, un sistema dual iris adatta la
luminosità dell'immagine per
mostrare tutti i dettagli, oltre a
migliorare il contrasto a seconda
della luminosità dell'ambiente di
proiezione.
Sorprendente anche il design di XVZ3000, così sofisticato e all'avanguardia nel suo bianco lucido che lo
rende perfetto nei più disparati contesti di arredamento.Questo modello comprende, infine, un Terminale
Trigger a 12 volt per accendere contemporaneamente al proiettore un
telo di proiezione motorizzato o un
altro dispositivo collegato.
Info: www.sharp.it
BIGLIETTI RFID AI MONDIALI DI CALCIO
I campionati del mondo di calcio rappresentano sicuramente l’evento sportivo del 2006. I migliori calciatori del mondo si troveranno in Germania per
mettere in mostra la loro abilità.Fuori dal terreno di gioco un’altra star svolgerà un ruolo di grande importanza: i biglietti elettronici con RFID incorporato che consentiranno di incrementare il livello di sicurezza della manifestazione ed a rendere più agevole l’afflusso dei tifosi. I biglietti utilizzano
la tecnologia MIFARE Ultralight IC messa a punto da Philips la quale è
anche uno degli sponsor ufficiali della manifestazione. La tecnologia MIFARE Ultralight utilizza lo standard ISO14443A che prevede l’impiego di transponder passivi a 13,56 MHz ed una sofisticata procedura anticollisione; le
caratteristiche di questi dispositivi ed il loro basso costo ne consentono l’integrazione all’interno di biglietti cartacei tanto che questa tecnologia viene
utilizzata principalmente per il ticketing nei trasporti urbani, nei cinema,
teatri, ecc. Quello dei
campionati del mondo
di calcio sarà probabilmene il più grande utilizzo di dispositivi RFID
al mondo in occasione
di un pubblico evento
e fornirà sicuramente un grande impulso per la diffusione di questa tecnologia. Gli stadi interessati, dove è stata realizzata l’infrastruttura necessaria
per la lettura dei biglietti RFID, sono quelli di Colonia, Monaco, Francoforte
e Hannover. Maggiori informazioni:
www.philips.semiconductors.com/products/identification/mifare
Velleman annuncia la disponibilità per fine primavera del primo
oscilloscopio palmare con controllo delle funzioni tramite joystick.
Nel PPS10, questo il nome del
nuovo strumento, tutte le funzioni
possono essere gestite semplicemente con il proprio pollice agendo sull’apposito joystick.
Completamente digitale con campionamento a 10 Ms/s, dispone di
una banda passante analogica di
2 MHz con sensibilità migliore di
0,1 mV e di una interfaccia RS232
per connessione al PC. Questo
dispositivo è sicuramente l’ideale
quando la praticità è un requisito
essenziale. Altre caratteristiche:
gamma di tensioni: da 5 mV a 20
V / div - 12 passi; base dei tempi:
da 200 ns a 1 ora / div - 32 passi;
autoconfigurazione; modalità
trigger: run, normal, once, roll,
slope +/-; spostamento del
segnale sull’ asse X e Y; lettura
DVM con opzione x 10; calcolo
potenza audio: rms e di picco;
misurazioni: dBm, dBV, DC, rms ...;
markers per ampiezza e tempo;
lettura frequenza (tra markers);
funzione registrazione (roll
mode); memorizzazione segnale
(2 memorie); LCD: 128x64 pixel
ad alto contrasto. Alimentazione
mediante batterie alcaline, batterie ricaricabili o adattatore di rete.
Distributore per l’Italia: Futura
Elettronica, www.futuranet.it.
Altre info: www.velleman.be
!
Elettronica
Innovativa
di
niziamo ad occuparci questo mese di un argomento molto interessante che coinvolge medicina, salute ed elettronica: l’Heart Rate Variability
(HRV), una tecnica di misurazione ed analisi della
variabilità della frequenza cardiaca con implicazioni in
cardiologia, psicofisiologia, psicologia, psicoterapia,
medicina olistica e medicina dello sport. In questa
prima puntata approfondiremo l’aspetto scientifico di
questa tecnica mentre sul prossimo numero presenteremo un'apparecchiatura in grado di rilevare e registrare i
parametri cardiaci necessari per effettuare diagnosi e
14
Franco Missoli
valutazioni. A tale scopo verrà utilizzato un software
specifico in grado di fornire importanti informazioni
sulla nostra salute e sul nostro stato psicofisico. Al contrario di altre apparecchiature di misurazione che utilizzano particolari e sofisticati sensori, nel nostro caso
facciamo uso di una economica fascia toracica trasmittente impiegata di solito nei cardiofrequenzimetri per
fitness e di un'apparecchiatura portatile wireless con
registrazione dei dati su SD-Card. Col nostro dispositivo è possibile registrare i dati relativi ad intervalli
molto brevi (pochi minuti) ma anche a quelli di intere
giornate. Le informazione registrate su SD-Card possono essere successivamente trasferite su PC dove
programmi più o meno complessi
(o specifici per un certo tipo di analisi) effettuano l’elaborazione dei
dati. Il formato utilizzato è un
comune file con estensione txt; al
limite il file può essere inviato tramite internet o posta elettronica ad
un laboratorio o ad uno specialista
per l’analisi ed il responso.
Introduzione all’Heart Rate
Variability (HRV)
Noi siamo abituati a considerare
sano ed efficiente un cuore che
abbia un ritmo “regolare”. Al con-
fatto: le “aritmie” sono variazioni
macroscopiche del ritmo cardiaco.
In presenza di un episodio aritmico,
il tempo che passa tra una contrazione cardiaca e l’altra varia in
modo apprezzabile rispetto al
tempo precedente e a quello successivo. Non è questo il fenomeno che
chiamiamo “variabilità del battito
cardiaco”. La variabilità del battito
cardiaco si riferisce a differenze
molto piccole tra un battito e l’altro,
ma è importantissimo che esse ci
siano. Un cuore sano ed efficiente
avrà battiti sempre diversi, e saranno tanto più diversi quanto più il
cuore è sano e funzionale.
Per meglio spiegarci: anche a riposo
• Il livello della frequenza cardiaca
in b/m: all’aumentare dei battiti al
minuto, la variabilità diminuisce
rapidamente.
• Gli errori comportamentali: droghe, fumo, eccesso di caffè o
alcol, insufficienti ore di sonno,
stress, affaticamento eccessivo,
riducono la variabilità del battito
cardiaco.
• La genetica: possiamo nascere
con una variabilità più o meno
ampia.
• La sedentarietà: ci muoviamo
poco e quel poco magari in automobile.
• Le condizioni di salute: diverse
patologie sono indagate usando
La Heart Rate Variability (HRV) è una metodica
per misurare ed analizzare la variabilità della
frequenza cardiaca che sta assumendo
una grande importanza in numerosi ambiti
applicativi riguardanti, oltre alla cardiologia,
anche la psicofisiologia, la psicologia,
la psicoterapia, la medicina olistica e
la medicina dello sport. Approfondiamo
la conoscenza della HRV e realizziamo
un semplice dispositivo in grado di rilevare e
registrare su SD-Card la distanza esatta
fra un battito cardiaco e l'altro.
Successivamente un software elaborerà i dati
fornendo delle importanti informazioni sul
nostro stato psicofisico. Prima puntata.
trario, pensiamo che un cuore abbia
qualche problema, più o meno
grave, quando il suo ritmo non è
regolare: in altre parole quando
riscontriamo in esso le cosiddette
“aritmie”. Non siamo in errore.
Solo il cardiologo potrà stabilire se
le aritmie ci sono, se sono irrilevanti o se devono esser trattate con
un’adeguata terapia. Dobbiamo tuttavia tenere in considerazione un
e con frequenza costante media nel
tempo (ad esempio 70 b/m), i tempi
che separano i battiti cardiaci sono
sempre diversi l’uno dall’altro. Ed è
bene che questa variabilità sia ampia.
Fattori che influiscono sulla variabilità della frequenza cardiaca sono:
• L’età: purtroppo con il trascorrere
degli anni, la variabilità del
battito cardiaco si riduce progressivamente.
anche la variabilità della frequenza cardiaca.
Il caos, i frattali e il cuore
La scoperta del caos deterministico
in fisica ha prodotto una vera e propria rivoluzione, le cui idee risultano così efficaci per il comportamento di certi sistemi della fisica
che si è pensato potessero funzionare da metafora per i fenomeni bio- >
15
logici ed anche per il comportamento e la mente dell’uomo.
Improvvisamente nell’osservazione
del mondo, le somiglianze divengono più importanti delle differenze.
Il caos è più fondamentale dell’ordine. È la situazione più comune in
natura, mentre l’ordine è relativamente raro e può essere facilmente
distrutto dalla più piccola
perturbazione.
La natura stessa usa il caos come
parte integrante del suo programma
di evoluzione per risolvere il problema di adattare le forme di vita
per la sopravvivenza in un ambiente in continua trasformazione, complesso e apparentemente caotico:
ogni schema deterministico sarebbe
destinato al fallimento; perciò la
natura sceglie di combattere il caos
con il caos, generando una moltitudine di forme di vita attraverso le
mutazioni casuali.
Nel 1900 il fisiologo francese
Charles Richet sosteneva che « l’instabilità è la condizione necessaria
della stabilità dell’organismo». In
altre parole, il caos è malattia
secondo la concezione asclepiadea,
ma è una forma di salute dinamica
per la concezione igeica. Tra gli
infiniti modelli di fiocchi di neve,
non esiste un modo per essere fiocco di neve “salubre” o “corretto”. Il
mare non è malato quando è in burrasca. Nel rapporto tra malattia e
salute, il modello di sano equilibrio
non è stare ben piantato per terra,
ma camminare su una fune da
16
funambolo, cercando continuamente di adattare e correggere le proprie funzioni psicofisiologiche.
La teoria del caos suggerisce che
non si possono sempre prevedere
gli effetti a lungo termine delle
nostre azioni e che è quindi meglio
essere aperti e flessibili. Così come
la natura sopravvive grazie alla biodiversità, è fondamentale avere una
varietà di idee e approcci; quando si
chiude una via, la natura ha molte
altre strade tra cui scegliere. Questo
dovrebbe insegnare a tutti noi, che
un’ eccessiva specializzazione porta
alla morte.
Fino al 1980 gli specialisti dei
diversi settori, erano convinti che i
sistemi biologici potessero avere
una sola soluzione: tendere verso
uno stato di equilibrio e, di conseguenza, la presenza di fluttuazioni
disordinate, imprevedibili e caotiche veniva attribuita a cause esterne
o patologiche, eccezionali, normalmente assenti; in medicina, ad
esempio, si ipotizzavano errori
nella recessione del numero di casi
di malattia, crisi epilettiche, aritmie
cardiache, e così via. Negli anni
successivi si è cominciato a ipotizzare che queste variazioni “caotiche” possano essere inerenti ai
sistemi, ovvero contenute nei
modelli teorici deterministici che
descrivono l’evoluzione dei sistemi
stessi. Questo nuovo modo di pensare ha portato a risultati inaspettati, in particolar modo nelle scienze
mediche.
Molti ricercatori sono convinti che
il caos procura al corpo umano una
flessibilità che gli permette di
rispondere a stimoli diversi. Si considerino ad esempio le proprietà
elettrofisiologiche del cuore; come
è noto, la funzione fisiologica del
cuore è di pompare sangue in tutto
il corpo. Perché questo accada,
un’eccitazione elettrica, che si origina in zone specializzate del
muscolo cardiaco, si diffonde in
tutto il miocardio attivando così la
contrazione muscolare. Nel campo
della fisiologia cardiaca, recentemente è stato introdotto l’impiego
di tecniche di analisi spettrale ed è
solo dal 1990 che la dinamica non
lineare e la teoria del caos sono
state riconosciute come estremamente promettenti ed impiegate in
studi cardiologici. Era ora che i
medici si svegliassero dal loro torpore e cominciassero ad avvalersi
delle scienze fisico-matematiche.
Come vedremo, è il normale ritmo
cardiaco ad essere caotico e non la
fibrillazione. Questa affermazione
prende lo spunto teorico dal fatto
che il sistema di generazione del
ritmo cardiaco è formato da un
oscillatore periodico controllato da
una molteplicità di meccanismi non
lineari (ormoni, sistema simpatico e
parasimpatico…).
Si è confrontato, per esempio, lo
spettro di frequenza di un elettrocardiogramma di soggetti normali e
di soggetti malati di cuore. Si è
osservato
che
gli
ECG
(ElettroCardioGramma) dei primi
presentavano delle irregolarità su
scale che vanno da qualche secondo
a qualche giorno, mentre quello dei
cardiopatici presentavano uno spettro molto più piatto. A dimostrazione, si è osservato che alcune persone molto malate hanno dei battiti
cardiaci molto regolari prima del
decesso. Infatti il ritmo cardiaco si
deve adeguare all’attività dell’organismo (respirazione, attività mentale, ecc.). Questo aggiustamento
produce un ritmo irregolare. In
alcune malattie il cuore perde la
capacità di adattarsi all’attività dell’organismo e perciò presenta un
ritmo estremamente periodico;
nello stress questo fenomeno è
accentuato.
Nelle figure della pagina seguente
la frequenza cardiaca viene mostrata in grafici della serie temporali ( a
sinistra), in spettri di Fourier (al
centro) e rappresentazioni nello
spazio delle fasi (a destra). Una freaprile 2006 - Elettronica In
quenza registrata 12 ore prima di un
arresto (in alto) è quasi costante: lo
spettro è piatto e la traiettoria nello
spazio delle fasi fa pensare a un
attrattore a punto fisso. Una frequenza che precede di 9 giorni una
morte cardiaca improvvisa (al centro) è abbastanza periodica: nello
spettro vi è un solo picco e nello
spazio delle fasi si ha traiettoria a
ciclo limite. La frequenza di un
cuore sano (in basso) appare erratica: ha spettro e una traiettoria del
tipo ad attrattore strano.
Questa rivoluzione scientifica ci
fornisce una lezione di primaria
importanza: leggi semplici non
sostengono necessariamente comportamenti semplici.
Il cuore, centro funzionale dell’apparato circolatorio, è un muscolo
striato involontario dalle dimensioni di una grossa mela che pompa
cinque litri di sangue al minuto, Nel
cuore le strutture frattali hanno un
ruolo vitale nella meccanica della
contrazione e nella condizione
dello stimolo elettrico eccitatorio,
per esempio, una rete frattale d’arterie e vene coronarie trasporta sangue da e verso il cuore. Alcuni studiosi hanno recentemente utilizzato
la geometria frattale per spiegare
alcune anomalie nelle modalità del
flusso sanguigno coronarico, la cui
interruzione può causare l’infarto
miocardico. Inoltre un intreccio
frattale di fibre di tessuto connettivo all’interno del cuore lega le valvole mitrale e tricuspide al muscolo
sottostante; se questi tessuti dovessero rompersi, vi sarebbe un forte
rigurgito di sangue dai ventricoli
agli atrii, seguito da insufficienza
cardiaca. Infine quest’architettura
casuale è evidente anche nelle
ramificazioni di certi muscoli cardiaci. Se si ascolta il cuore con un
fonendoscopio o si rileva il polso, il
ritmo cardiaco sembra essere regolare, per un individuo a riposo l’intensità e la frequenza delle pulsazioni sembrano abbastanza costanti
Frequenza cardiaca registra 12 ore prima di un arresto
Frequenza cardiaca che precede di 9 giorni una morte cardiaca
Frequenza cardiaca di un cuore sano
e per questo motivo i cardiologi
descrivono ordinariamente la frequenza cardiaca normale come
“ritmo sinusale normale”.
Un’analisi più attenta rivela che
individui sani hanno frequenze cardiache che variano considerevolmente anche a riposo, in giovani
adulti sani, la frequenza cardiaca,
che in media è circa 60 battiti il
minuto, può variare addirittura di
20 battiti il minuto nel giro di pochi
secondi; in una giornata la frequenza cardiaca può passare da 40 a 180
battiti il minuto.
Per almeno mezzo secolo i medici
hanno interpretato le fluttuazioni
della frequenza cardiaca in termini
di omeostasi (il mantenimento
interno di uno stato stabile, nonostante le variazioni dell’ambiente
esterno). I sistemi fisiologici normalmente si comportano in modo
da ridurre la variabilità e mantenere
costanti le funzioni interne.
Secondo questa teoria qualsiasi
variabilità fisiologica, inclusa la
frequenza cardiaca, dovrebbe ritornare al suo stato stazionario dopo
essere stata perturbata. Il principio
dell’omeostasi suggerisce che le
variazioni della frequenza cardiaca
sono semplicemente risposte transitorie ad un ambiente oscillante; si
potrebbe immaginare che nella
malattia o nella vecchiaia, l’organismo perda la capacità di mantenere
una frequenza cardiaca costante a
riposo e che quindi la variabilità
aumenti. Ma le cose si presentano
altrimenti a chi misuri scrupolosamente i normali intervalli tra battiti
cardiaci e li registri in tutto l’arco
della giornata e la serie temporale
ottenuta sembra irregolare e, a
prima vista, completamente casuale. Esaminando però il grafico a differenti scale temporali emergono
alcune caratteristiche: se ci si concentra sulla serie temporale relativa
all’arco di poche ore, si riscontrano
fluttuazioni rapide, le cui escursioni
e la cui sequenza sembrano in qualche modo simili a quelle trovate in
serie temporali più lunghe; a scale
temporali ancora più ristrette
(minuti) è possibile osservare fluttuazioni ancora più rapide, che >
17
Fig. 1
sembrano sempre molto simili
all’andamento iniziale. In conclusione le fluttuazioni tra battiti contigui in scale temporali differenti
appaiono autosimili, esattamente
come le ramificazioni di un frattale
geometrico e questo risultato suggerisce che i meccanismi di controllo della frequenza cardiaca possono essere intrinsecamente caotici:
in altre parole la frequenza può
oscillare considerevolmente, anche
in assenza di stimoli esterni fluttuanti, anziché portarsi ad un omeostatico stato stazionario. Un metodo
per stabilire se le variazioni nella
frequenza cardiaca siano caotiche o
periodiche è quello di calcolare lo
spettro di Fourier della serie temporale. Lo spettro di Fourier di una
forma d’onda qualsiasi (come una
serie temporale) rivela la presenza
di componenti periodiche, se una
serie temporale mostra una frequenza cardiaca di un battito esatto
al secondo, lo spettro relativo
sarebbe costituito da un unico picco
situato alla frequenza di 1 Hz (Fig
1). D’altra parte, una serie temporale di battiti cardiaci caotici dovrebbe generare uno spettro costituito
sia da picchi alti, sia da altri picchi
non meglio connotati; in realtà l’analisi spettrale della frequenza cardiaca normale mostra un ampio
spettro che ricorda una situazione
caotica. (Fig 2).
Un altro strumento per analizzare le
dinamiche dei sistemi complessi
non lineari è la rappresentazione
nello spazio delle fasi o spazio degli
stati: questa tecnica segue i valori
delle variabili indipendenti che
cambiano nel tempo. Il gran nume18
Fig. 2
ro di variabili indipendenti presenti
in molti sistemi complessi le rende
non immediatamente identificabili
e misurabili, per tali sistemi la rappresentazione nello spazio delle
fasi può essere realizzata usando il
metodo delle delay maps (Fig. 3).
In essa l’ascissa d’ogni punto corrisponde al valore di una variabile in
un certo istante, mentre l’ordinata
crea il valore della stessa variabile
dopo un ritardo costante; una serie
di questi punti in tempi successivi
delinea una curva o traiettoria che
descrive l’evoluzione del sistema.
Per identificare il tipo di sistema
dinamico, caotico o periodico, si
determinano le traiettorie per differenti condizioni iniziali e successivamente si cerca un attrattore, una
regione dello spazio delle fasi che
attrae le traiettorie. Il tipo più semplice d’attrattore è il punto fisso,
che descrive un sistema il quale
evolve sempre verso il singolo
stato, in questo spazio delle fasi
vicino all’attrattore al punto fisso,
tutte le traiettorie convergono verso
quel singolo punto. Una forma più
complicata d’attrattore è il ciclo
limite, che corrisponde ad un sistema il quale evolve verso uno stato
periodico; nello spazio delle fasi
vicino a questo ciclo limite le
traiettorie seguono un percorso
regolare che può essere circolare o
ellittico. Altri attrattori definiti
“strani”, descrivono sistemi che
non sono né statici né periodici;
nello spazio delle fasi vicino questo
attrattore, due traiettorie che presentano condizioni iniziali in concreto identiche e divergono rapidamente e su lunghe distanze temporali divengono molto differenti: un
sistema di questo tipo è detto caotico. Numerosi studi hanno analizzato la rappresentazione dello spazio
delle fasi per il battito cardiaco normale e i risultati mostrano un comportamento più simile ad un attrattore strano che non ad un attrattore
periodico, caratteristico di un processo realmente regolare. Queste
osservazioni concordano con le
indagini cliniche che hanno dimostrato come la dinamica di un battito cardiaco normale possa essere
caotica. Il meccanismo responsabi-
Fig. 3
le di una variabilità caotica nella
frequenza cardiaca dell'individuo
sano, nasce probabilmente nel
sistema nervoso. Il nodo senoatriale
(il pacemaker naturale del cuore),
vale a dire una piccola zona in cui
sono localizzate alcune cellule che,
contraendosi leggermente prima
delle altre, innescano le contrazioni
in tutto il muscolo cardiaco, riceve
il segnale dalla parte involontaria
del sistema nervoso, detto autonomo. Questo, a sua volta, ha due
componenti: il sistema parasimpatico e quello simpatico; la stimolazione parasimpatica diminuisce la
frequenza di scarico delle cellule
del nodo senoatriale, mentre una
stimolazione simpatica ha l’effetto
opposto; queste due componenti
agiscono come un continuo tiro alla
fune sul pacemaker. Le fluttuazioni
della frequenza cardiaca nei soggetti sani sono il risultato di questo
continuo alternarsi di stimoli.
Molte patologie mostrano un
aumento di periodicità e una diminuzione di variabilità. Le prime
indicazioni del fatto che perfino il
cuore sul punto di fermarsi può
comportarsi con periodicità, vengono dall'analitisi di Fourier su forme
d’onda di elettrocardiogrammi
durante tachicardia parossistica o
fibrillazione ventricolare, ritmi
molto rapidi che assai frequentemente portano all'arresto cardiaco:
l’attività di fibrillazione all’interno
del cuore è un fenomeno molto più
periodico di quanto si ritenesse.
Uno studio retrospettivo sugli elettrocardiogrammi di persone che
avevano avuto gravi patologie cardiache ha permesso di scoprire che
la frequenza cardiaca di tali pazienti spesso diventava meno variabile
del normale in un momento qualsiasi, da minuti a mesi, prima della
morte per arresto cardiaco.
Numerosi altri ricercatori sono arrivati alla stessa conclusione: Kleiger
e collaboratori hanno dimostrato
per la prima volta come i pazienti
con una deviazione standard della
frequenza del battito cardiaco inferiore a 50 ms, presentino un rischio
di morte quattro volte superiore
rispetto ai soggetti con valori superiori ai 100 ms. Questo valore prognostico risultava, in questo studio,
indipendente da quello della frazione di elezione e della presenza d'aritmie ventricolari. Questi dati sono
stati successivamente confermati in
diversi altri studi clinici.
In certi casi la variabilità globale
della frequenza era ridotta, in altri
comparivano oscillazioni periodiche della frequenza che poi s’interrompevano improvvisamente. In
modo quasi identico il sistema nervoso può mostrare perdita di variabilità e insorgenza di periodicità
patologiche in disordini come l’epilessia, il morbo di Parkinson e la
sindrome maniaco-depressiva; in
particolar modo nel caso in cui l’organismo sia attaccato dallo stress,
sia psicologico che fisiologico.
Il sistema cardiovascolare è caratterizzato da una complessa rete d’afferenze localizzate a livello dei
vasi, del muscolo cardiaco, scheletrico e dei polmoni, che permettono
un continuo controllo dei parametri
biochimici ed emodinamici. Il controllo è affidato al sistema nervoso
autonomo che attraverso le due
componenti simpatica e parasimpatica risponde a ciascuna seppur
lieve modificazione dell’apparato
cardiovascolare, con una reazione
di segno contrario volta a mantenere l’omeostasi del sistema. La
variabilità dei cicli cardiaci dipende
dalla continua modificazione del
controllo autonomico battito-battito
della funzione del nodo del seno in
risposta a variazioni chimiche e
pressorie. Esiste una variabilità
della frequenza cardiaca dovuta alla
componente oscillatoria ed in particolare alle variazioni sincrone con
il respiro e con il tono vasomotore
ed esiste una variabilità circadiana
associata alle variazioni del ciclo
cardiaco in risposta all’attività fisica, allo stato di sonno o di veglia.
Come abbiamo gia riferito, la frequenza cardiaca può essere precisata come il numero medio di battiti
cardiaci al minuto Questo numero
per esempio, 70 b/m, è solo un
valore medio, perché in realtà il
tempo che intercorre fra un battito
cardiaco e l’altro non è costante, ma
cambia in continuazione. La Heart
Rate Variability (HRV) è una metodica per misurare ed analizzare la
variabilità della frequenza cardiaca
e sta assumendo una grande importanza, in quanto da queste misure, è
possibile dedurre molte informazioni, per esempio si può valutare il
rischio di aritmie cardiache e di
infarto, ed anche il bilanciamento
dell’attività fra il sistema nervoso
Simpatico e Parasimpatico. La
HRV è nata all’origine nell’ambito
della cardiologia ma numerosi studi
scientifici negli ultimi anni hanno
mostrato la sua importanza come
indicatore attendibile anche in altri
ambiti applicativi riguardanti per
esempio, la psicologia, la psichiatria, la psicoterapia, la medicina olistica e la medicina dello sport, ed il
numero di campi applicativi sta crescendo continuamente. Gli studi
clinici pubblicati sulla HRV hanno
infatti riguardato i seguenti argomenti:
• Cardiologia
• Ipnosi
• Ansia
• Stress
• Psichiatria
>
19
VLF (Very Low Frequency) frequenze comprese fra 0.01 e 0.04 Hz. La banda
VLF è dovuta in parte all’attività del sistema Nervoso Simpatico ed è influenzata
dalle preoccupazioni e dallo stress.
LF (Low Frequency) frequenze comprese fra 0.04 e 0.15 Hz. La banda LF viene
considerata principalmente dovuta all’attività del Sistema Nervoso Simpatico e
all’attività di regolazione dei barocettori.
HF (High Frequency) frequenze comprese fra 0.15 e 0.4 Hz. la banda HF viene
considerata espressione dell’attività del Sistema Nervoso Parasimpatico.
Questa banda di frequenze subisce una elevata influenza da parte del ritmo e
profondità della respirazione.
• Terapie psicologiche
• Asma
• Gravidanza
• Diabete
• Sovrallenamento dello sportivo
Dal 1980 a oggi, sono circa 2130 le
pubblicazioni al riguardo dell’HRV,
e gli scienziati del nostro Paese
sono i più numerosi.
La HRV è la naturale variabilità
della frequenza cardiaca in risposta
a fattori quali il ritmo del respiro,
gli stati emozionali, lo stato di
ansia, stress, rabbia, rilassamento,
pensieri, etc. In un cuore sano, la
frequenza cardiaca risponde velocemente a tutti questi fattori, modificandosi a seconda della situazione, per meglio far adattare l’organismo alle diverse esigenze cui l’ambiente continuamente ci sottopone.
In generale un individuo sano
mostra un buon grado di variabilità
della frequenza cardiaca, cioè un
buon grado di adattabilità psicofisica alle diverse situazioni. La HRV è
correlata alla interazione fra il
Sistema Nervoso Simpatico e
Parasimpatico. In particolare, il
Sistema nervoso Simpatico, quando
viene attivato, produce una serie di
effetti quali l’accelerazione del battito cardiaco, la dilatazione dei
bronchi, l’aumento della pressione
arteriosa, la vasocostrizione periferica, la dilatazione pupillare, l’aumento della sudorazione. I mediatori chimici di queste risposte vegetative sono la noradrenalina, l’adrenalina, la corticotropina, e diversi
corticosteroidi.
Il
sistema
20
Simpatico è la normale risposta dell’organismo a una situazione di
allarme, lotta, stress. Al contrario, il
Sistema Nervoso Parasimpatico
(chiamato anche Attività Vagale),
quando viene attivato produce un
rallentamento del ritmo cardiaco,
un aumento del tono muscolare
bronchiale, dilatazione dei vasi sanguinei, diminuzione della pressione, rallentamento della respirazione, aumento del rilassamento
muscolare, il respiro diventa più
calmo e profondo, i genitali, mani e
piedi diventano più caldi. Esso agisce attraverso il tipico mediatore
chimico acetilcolina. Il Sistema
Parasimpatico rappresenta la normale risposta dell’organismo ad
una situazione di calma, riposo,
tranquillità ed assenza di pericoli e
stress. Il nostro corpo, in ogni
momento, si trova in una situazione
determinata dall’equilibrio o dalla
predominanza di uno di questi due
sistemi nervosi. La capacità dell’organismo di modificare il proprio
bilanciamento verso uno o l’altro
sistema, è molto importante ed è un
meccanismo fondamentale che
tende all’equilibrio dinamico dell’organismo sia dal punto di vista
fisiologico che psicologico. Da ciò
la grande importanza di avere oggi
uno strumento scientifico come la
HRV in grado di valutare lo stato
relativo del sistema nervoso
Simpatico e Parasimpatico.
Mediante l’analisi di Fourier, qualunque segnale, per quanto irregolare, può essere scomposto in una
somma di funzioni cosinusoidi di
diverso periodo e fase. Lo spettro di
potenza è una rappresentazione sintetica delle cusinusoidi che compongono il segnale. Lo spettro di
frequenza di una singola funzione
cosinusoidale appare come un
picco unico di grand’altezza (tutta
la potenza del segnale è concentrata in una sola frequenza). Se facciamo una similitudine con il sistema
auditivo, una singola cosinusoide
può essere considerata come l’analogo di un suono puro, ad esempio
quello di un diapason. Lo spettro di
frequenza di un rumore bianco, ad
esempio il suono proveniente da un
televisore al termine delle trasmissioni, è completamente piatto: questo rumore è chiamato rumore bianco ed è caratterizzato dalla presenza di tutte le frequenze possibili
(udibili e non).
L’analisi dinamica del
battito cardiaco
La fondazione sperimentale della
dinamica e la definizione di alcuni
dei concetti fondamentali della
descrizione dinamica dei fenomeni
come il concetto di velocità e accelerazione risalgono al lavoro di
Galileo, mentre la definitiva fondazione di una trattazione matematica
dei fenomeni dinamici inizia da
Newton.
Non è un caso che la nascita della
scienza moderna si faccia coincidere con la fondazione sperimentale e
quantitativa dei concetti della dinamica: infatti, la possibilità di una
L’intervallo RR è definito come la distanza intercorrente
fra due picchi consecutivi del grafico EGG. la sequenza
temporale che ci è servita per indagare le caratteristiche
statiche e dinamiche, non è altro che la sequenza dei
valori numerici associati alla lunghezza di tali intervalli.
Ogni intervallo RR corrisponde quindi al tempo
intercorrente fra due battiti cardiaci consecutivi.
descrizione temporale dei processi
naturali è stata sempre identificata
come il marchio caratteristico dell’impresa scientifica.
La dinamica quantitativa ha risolto
con grande successo, nei suoi primi
tre secoli di esistenza, problemi che
si riferivano a dei componenti piuttosto semplici come il movimento
oscillatorio di un pendolo o le orbite dei pianeti attorno al sole. Per
questi fenomeni gli scienziati
hanno fornito delle descrizioni
matematiche sommamente chiare
ed eleganti che garantivano una
capacità previsionale quasi assoluta. Altri fenomeni naturali sono
sfuggiti per secoli ai tentativi di una
descrizione dinamica esauriente per
il loro carattere irregolare e quindi
difficilmente prevedibile. Esempi di
questi fenomeni sono le turbolenze
dell’idrodinamica (in medicina i
vortici che si creano nella circolazione sanguigna), il tempo atmosferico, ma anche la semplice interazione gravitazionale quando i corpi
interessati ad interazioni non trascurabili siano più di due. Quasi
tutti i sistemi di interesse biomedico ricadono in questa categoria di
sostanziale impredicibilità e questo
è uno dei motivi che spiegano l’ancora scarsa matematizzazione delle
scienze della vita. Ciononostante la
scienza medica ha sempre avuto
uno stretto rapporto con le descrizioni dinamiche: le malattie vengono descritte in termini di “decorso”,
cioè di andamento temporale, ed il
riconoscimento di uno stato patoloElettronica In - aprile 2006
gico viene risolto in una “prognosi”
in una previsione cioè della velocità del raggiungimento di uno stato
stabile (indipendente dal tempo)
positivo (guarigione) o negativo
(morte). Fondamentale importanza
ha ugualmente rivestito l’approccio
dinamico allo studio della fisiologia: lo sviluppo dell’organismo
dalle fasi embrionali alla vecchiaia
e alla morte è stata una delle linee
principali di sistematizzazione della
conoscenza biomedica.
È indubbio, infine, che l’analisi dei
segnali biologici variabili nel
tempo come l’elettrocardiogramma
o l’elettroencefologramma costituiscano una insostituibile sorgente di
informazione sullo stato fisiopatologico dei sistemi cardiocircolatorio e nervoso.
Fino a circa il 1980 l’informazione
che i medici utilizzavano dalle
sequenze di battiti cardiaci (RR) era
solo la loro media su intervalli più o
meno lunghi. Questa informazione
era collegata a stati piuttosto
macroscopici come l’affaticamento,
la febbre, l’emozione e così via.
Gran parte dell’informazione del
segnale costituito dalla sequenza
degli intervalli RR era dunque inutilizzata, trascurandone i due
seguenti aspetti fondamentali:
• la variabilità dell’intervallo RR,
cioè il fatto che, nonostante la
definibilità di una frequenza
media, gli intervalli RR non sono
tutti uguali;
• l’esistenza di leggi temporali
(dinamiche) che organizzano
questa variabilità differenziandola dal rumore di fondo.
La questione dell’esistenza e della
forma della variabilità dell’intervallo RR non è di poco conto in quan- >
L’apparecchiatura da noi realizzata
riceve gli impulsi provenienti dalla
fascia toracica, calcola il tempo
intercorrente tra un battito
e l’altro e registra questi
dati su SD-Card.
21
Fig. 4
to la regolazione della frequenza
cardiaca si sa da molto tempo essere un crocevia di numerosi sistemi
di controllo fisiologico operanti a
molteplici scale di tempo: dal semplice respiro a complesse influenze
ormonali, al controllo autonomico
messo in opera dai sistemi simpatico e parasimpatico. La complessità
dei sistemi di controllo della frequenza cardiaca è conseguente alla
necessità di “mappare” con efficienza un ambiente mutevole da
parte dell’organismo. Il primo
aspetto ad essere stato preso in considerazione dai ricercatori è stato il
più ovvio e semplice da misurare:
la quantità media di variabilità presente in una sequenza di RR misurata dalla deviazione standard. SD
(Standard Deviation) della sequenza RR era molto semplice da misurare ed è stata dimostrata essere un
indice predittivo di importanti stati
fisiologici (analisi dello spazio
degli stati) così come le differenze
di base (analisi dello spazio dei
22
nella determinazione del segnale in
studio e la distribuzione di pesi è
detta “spettro del segnale”.
L’analisi spettrale è un passaggio
importantissimo che introduce a
quello che avevamo indicato come
il secondo aspetto dell’informazione portata dal segnale RR: l’indiviFig. 5 duazione di eventuali regolarità
nella variabilità. Non è ancora però,
a rigor di termini, un’analisi di tipo
sistemi). Notevole è l’assunto che compiutamente dinamico. Le regol’infarto è preceduto da una brusca larità del segnale vengono infatti
riduzione di SD: l’invecchiamento estratte mediando da un campione
provoca una lieve ma significativa che si giudica insieme rappresentariduzione della SD così come il tivo e corrispondente ad una situasovrallenamento nello sportivo, zione stazionaria: in altre parole si
degli intervalli RR dell’ EGC misu- suppone che nell’intervallo di camrato a riposo. Il passo successivo al pionamento il sistema non muti il
calcolo della media, ovvero la con- suo stato fisiologico e che quindi
siderazione della SD, aveva per- sia lecito considerare le caratteristimesso di ottenere informazioni che spettrali invarianti. Per i sistemi
importanti. Il passo ancora succes- viventi la caratteristica di stazionasivo fu quello di studiare la distri- rietà è piuttosto difficile da ottenere
buzione della variabilità stessa, se ed in ogni caso è molto importante
cioè le deviazioni della media degli poter analizzare quantitativamente
intervalli RR avessero delle lun- situazioni che per definizione non
ghezze caratteristiche ed identifica- sono stazionarie come ad esempio
bili. Lo strumento per ottenere que- l’evoluzione di un’ischemia. Nel
sto scopo è sotto l’analisi di Fourier seguito vedremo come importanti
della variabilità degli intervalli RR: informazioni biologiche possano
qui basti dire che l’analisi consente essere ricavate dall’applicazione
di esprimere la sequenza degli della sequenza RR di tecniche che
intervalli RR come una somma non presuppongono la stazionarietà
(composizione) di andamenti rego- del segnale come le metodiche di
lari con differenti frequenze (perio- analisi multivariata.
dicità). Di queste differenti fre- Immaginiamo di voler studiare un
quenze si calcola il peso relativo processo governato dalla seguente
legge funzionale:
Y=0,01*x + sen(10*x)
Come si può apprezzare dalla formula, la funzione è decomponibile
in un primo termine lineare
(0.01*x) ed in un termine periodico
(sen(10*x)).
Se realizziamo un grafico della funzione nella piccola scala di variabilità (0<x<2) risulta evidente solo il
carattere oscillante del processo
(Fig 4); la stessa funzione graficata
sulla grande scala di variabilità
(0<x<200) ci appare essenzialmente come lineare (Fig. 5). Lo stesso
I dati (in formato txt)
memorizzati sulla SD-Card
vengono successivamente
trasferiti su un PC dove un
apposito programma li
elabora. Esistono differenti
programmi a seconda del
campo di applicazione del
test. I programmi più
complessi (come quello a
lato) forniscono una serie di
grafici di facile
interpretazione, anche se
solo uno specialista può
effettuare una valutazione
completa dei risultati,
in considerazione anche
della patologia del paziente.
processo, studiato a due differenti
ordini di grandezza ci appare molto
differente. La conoscenza dell’espressione fa sì che ci si possa rendere conto del perché di questa differenza, ma se si fosse trattato di
risultati empirici, non avendo a disposizione alcun modello funzionale, le cose sarebbero state più problematiche. Un esperimento o una
misura condotta alla piccola scala
di variabilità, avrebbe fornito nel
migliore dei casi, l’idea di una relazione oscillante (o nel caso di uno
scarso campionamento, dell’assenza di relazione tra le due variabili);
un esperimento o una misura condotto sulla grande scala, avrebbe
fatto propendere per una relazione
lineare fra le stesse variabili. In
entrambe i casi l'estrapolazione
diretta della conoscenza ricavata da
una scala ad un’altra, avrebbe tratto
in inganno. È da notare che questo
comportamento deriva dalla presenza di termini non-lineari (l’oscillatore sinusoidale). Un esempio classico di questo tipo in fisiologia è
costituito dall’andamento circadiano delle secrezione endocrina
(oscillatore) sovrapposto all’effetto
dello sviluppo della stessa oscillazione (trend lineare). Spesso nel
mondo fisico si possono trascurare
le interazioni che avvengono a scale
molto diverse da quelle del processo in studio per concentrarsi su
un’unica scala caratteristica. Ad
esempio, se ci interessa la scala
molecolare, il legame idrogeno fra
due molecole d’acqua in un bicchiere avrà le stesse caratteristiche
tra due molecole d’acqua nell’oceano, mentre il fenomeno delle maree
(scala macroscopica e interazione
gravitazionale) avrà enorme rilevanza per la dinamica dell’oceano e
praticamente nulla per l’acqua del
bicchiere. Nei sistemi biologici
individuare una sola scala rilevante
per la comprensione di un fenomeno è più difficile: eventi a livello
molecolare possono influenzare il
comportamento di un intero organismo e allo stesso modo dinamiche
nell’ordine dei millisecondi, come
quelle legate alla conduzione nervosa, sono intimamente connesse
con processi che si svolgono nell’ordine dei mesi, come l’apprendi-
mento, o negli anni come la senescenza. Non prendere in considerazione la molteplicità delle scale di
grandezza coinvolte nello stesso
fenomeno, può dar luogo a gravi
errori di valutazione. Ricordiamo il
motto coniato anni addietro da
Franco Missoli, che ormai è diventato un tormentone negli ambienti
scientifici: “... misurare per conoscere, conoscere per decidere ...”.
Concludiamo qui la descrizione
della HRV: torneremo sull’interpretazione dei dati registrati in fase di
descrizione del software utilizzato
per l’elaborazione delle informazioni. Sul prossimo numero analizzeremo in dettaglio l’apparecchiatura da noi messa a punto per la
registrazione delle sequenze RR
presentando schema elettrico, piano
di montaggio e firmware del microcontrollore che gestisce l’intera
apparecchiatura.
Dott. Franco Missoli
AIFM Associazione Italiana di
Fisica Medica
AIM Associazione Informatica
Medica
23
!
Elettronica
Innovativa
di
Boris Landoni
Proseguiamo nella descrizione della
demoboard Bluetooth presentando il
software per PC
utilizzato per
configurare il
dispositivo e per
effettuare la
connessione ad
una unità remota.
Descriviamo anche
i comandi AT e
scopriamo come
utilizzare una
chiavetta USB
per colloquiare
con una demoboard
remota.
ella prima puntata dedicata alla demoboard con
Bluetooth (nella quale abbiamo utilizzato il
modulo BISM2 della Ezurio - www.ezurio.com) ci
siamo occupati prevalentemente dell’hardware, descrivendo sia lo schema elettrico che il piano di montaggio.
Questo mese approfondiamo alcuni aspetti relativi alle
istruzioni software ovvero, in ultima analisi, al set di
comandi AT. Presentiamo anche un software per PC
realizzato in Visual Basic .NET col quale è possibile
sfruttare tutte le risorse della nostra demoboard senza
dover digitare i comandi AT. Il programma si occupa di
configurare, testare e controllare la comunicazione
radio tra apparati Bluetooth dandoci la possibilità di
agire sulle uscite di un dispositivo remoto o di leggerne
lo stato degli ingressi. Un’interfaccia grafica appositamente disegnata per questa applicazione rende semplice e intuitivo l’approccio a questa protocollo ormai
affermato e consolidato, specie nel settore della telefonia cellulare. Questo primo progetto, ovvero la nostra
demoboard, consente a chi non ha mai utilizzato i dispositivi Bluetooth di prendere confidenza con questa
tecnologia e con le problematiche relative in modo >
25
Configurazione e utilizzo della demoboard
Fig. 1 - Configurazione automatica della demoboard in locale.
molto semplice, sia per quanto
riguarda l’hardware che il software
nonché di approfondire la conoscenza del modulo Ezurio. A tale
proposito ricordiamo che per questo dispositivo è disponibile una
completa documentazione sia hardware che software scaricabile gratuitamente dal sito del produttore.
Le esperienze condotte con la
demoboard consentiranno di realizzare in seguito (con un approccio
più semplice) specifiche apparecchiature operanti nei campi più
vari. Anche noi, dopo aver effettuato varie prove ed esperimenti con la
nostra scheda di sviluppo abbiamo
messo a punto altri dispositivi
stand-alone che presenteremo nei
prossimi mesi.
A beneficio di quanti avessero
Fig. 2 - Test in locale con controlli degli ingressi e delle uscite.
Fig. 3 - Collegamento al dispositivo remoto e sua configurazione.
Fig. 4 - Controllo degli ingressi e delle uscite dell’unità remota.
26
perso l’articolo precedente ricordiamo brevemente come è fatta la
demoboard. Il “cuore” è rappresentato da un modulo Bluetooth di
Classe 1 della Ezurio controllabile
serialmente. In considerazione
delle ridotte dimensioni e della
miniaturizzazione del connettore,
abbiamo previsto di montare il dispositivo su una piccolissima basetta
(vedi foto) dotata di strip di connessione a passo più ... umano, ovvero
2,54 mm, lo stesso di un circuito
integrato tradizionale. Il modulo
BISM2 della Ezurio può essere alimentato con una tensione continua
compresa tra 3,6 e 7 volt, dispone di
una porta seriale e di una porta
USB, incorpora, oltre all’unità RF
ricetrasmittente con antenna ceramica “on-board” e alla rete di
accoppiamento,
una
FlashEPROM, un UART, una porta di
I/O a 8 bit+1, un A/D converter a
due ingressi e un modulatore PCM.
Questa piccola basetta viene inserita negli appositi strip della piastra
base, molto più grande, la quale
dispone di numerose risorse. La più
importante, almeno dal punto di
vista tecnico, è rappresentata dal
codec
PCM (Pulse
Code
Modulation) di cui il modulo
Bluetooth si avvale per digitalizzare l’audio da trasmettere e per ricostruire quello ricevuto, da rendere
disponibile in altoparlante; l’averlo
adottato permette di impiegare
subito il sistema come un auricolare Bluetooth: basta configurarlo
perché, al tentativo di connessione
da parte di un apparato Bluetooth
Fig.1a - Schermata relativa alla configurazione della demoboard Bluetooth.
Tale operazione viene effettuata automaticamente cliccando su “Configura”.
nue o variabili, purché unidirezionali, di valore compreso tra 0 e 1,8
V. Infine, tramite un apposito strip,
sono disponibili all’esterno tutti i
pin di connessione del modulo
Bluetooth per consentire, nel caso,
di bypassare la demoboard. La piastra funziona con una tensione
compresa tra 9 e 12 volt. Per il colpresente nel suo raggio d’azione, si
disponga nel profilo “auricolare” .
Abbiamo poi le porte di I/O: le
linee IO1÷IO9 sono portate all’esterno mediante led e ponticelli. Più
esattamente, le linee sono bidirezionali e come output accendono un
led, mentre fatte funzionare da
input possono leggere lo zero o l’1
logico (3,6 V) a seconda che vengano chiusi i jumper di test. La demoboard comunica col PC tramite una
porta seriale RS232 standard.
Per sfruttare tutte le proprietà del
BISM2 abbiamo portato all’esterno
della demoboard anche le linee analogiche corrispondenti all’A/D converter del modulo: la prima (AN1)
fa capo ad una specifica morsettiera, e così pure la seconda. Alle linee
si possono applicare tensioni contiElettronica In - aprile 2006
legamento al PC è necessario utilizzare un cavo null-modem a 9 poli
maschio/femmina.
Per dialogare con la demoboard
bisogna aprire una sessione di
comunicazione sulla COM alla
quale è collegata; per un primo
approccio è possibile utilizzare un
programma come Hyper Terminal. >
Fig.2a - Per controllare gli I/0 della demoboard collegata in locale
è sufficiente porre dei flag nelle apposite caselle ed utilizzare
i pulsanti appropriati.
27
Fig.3a - Configurazione del dispositivo remoto mediante “Remote Command
Mode”; la configurazione avviene in maniera completamente automatica.
Il protocollo di comunicazione è
simile allo standard Hayes AT utilizzato in campo telefonico. E,
come nei modem telefonici, bisogna configurare il dispositivo con
dei comandi appropriati per dargli
la possibilità di connettersi ed interagire (ovviamente via radio) con
altri dispositivi simili. Un elenco
dei comandi più significativi è
riportato nella pagina accanto. I
comandi pubblicati riguardano
essenzialmente la gestione delle
porte di I/O; tutti gli altri sono
riportati nel data-sheet che, come
dicevamo prima, può essere scari-
Fig.4a - Attivazione tramite link Bluetooth delle uscite del dispositivo remoto
e verifica dello stato di tutti gli ingressi (analogici e digitali).
28
cato da sito del produttore. Per consentire al modulo di poter operare
con altri dispositivi Bluetooth è
necessario innanzitutto configurare
il modulo stesso; questa operazione
può essere effettuata inviando al
dispositivo una serie di comandi AT
come già illustrato nel numero precedente. I comandi da utilizzare
sono i seguenti e devono essere
inviati dopo aver impostato, per la
connessione, i parametri 9600
Baud, 8 bit, N1: ATS0=1 (rispondi
dopo il primo squillo); ATS512=4
(rendi il dispositivo identificabile e
consenti
la
connessione);
ATS536=1 (consenti di controllare
il modulo tramite i comandi AT da
remoto);
AT&W
(salva
nella
memoria non
volatile
queste impostazioni); ATZ (reset
del modulo per rendere operativi i
precedenti settaggi); ATI4 (permette di conoscere l’indirizzo
Bluetooth del modulo). Fin qui
nulla di nuovo, ne abbiamo già parlato il mese scorso. La novità
riguarda invece il programma da
noi messo a punto che consente di
effettuare questa operazione automaticamente così come tutte le operazioni successive.
Con questo programma infatti,
come illustrato nelle Figure 1 e 1a,
è possibile configurare con parametri standard il modulo montato nella
demoboard semplicemente cliccando sul pulsante “Configura”. Nella
finestra di log appariranno le istruzioni elencate poco fa con l’ID del
modulo configurato. Ovviamente
Comandi AT per la gestione degli input/output
Comando
Descrizione
ATS533=0
IMPOSTA LA PORTA GPIO5 COME I/O
ATS534=0
IMPOSTA LA PORTA GPIO4 COME I/O
AT&W
SALVA PERMANENTEMENTE QUESTA SCELTA NELLA MEMORIA
ATZ
RESETTA IL MODULO PER RENDERE OPERATIVE LE SCELTE
ATS610?
RICHIEDE COME SONO IMPOSTATE LE LINEE I/O (DI DEFAUT SONO TUTTI INGRESSI)
ATS610=xx
IMPOSTA GLI INPUT E GLI OUTPUT (IMPOSTAZIONE IN DECIMALE SEGUENDO LA
SEGUENTE LOGICA:
INGRESSI GPIO2 E GPIO5, IL RESTO TUTTE USCITE = 111101101=493 = "ATS610=493")
ATS620?
RICHIEDE LO STATO DELLE LINEE (ATTENZIONE RISPONDE IN ESADECIMALE)
ATS621=x
IMPOSTA L'USCITA 1
ATS622=x
IMPOSTA L'USCITA 2
(ATS623=x
IMPOSTA L'USCITA 3)
ATS624=x
IMPOSTA L'USCITA 4
ATS625=x
IMPOSTA L'USCITA 5
ATS626=x
IMPOSTA L'USCITA 6
ATS627=x
IMPOSTA L'USCITA 7
ATS628=x
IMPOSTA L'USCITA 8
ATS629=x
IMPOSTA L'USCITA 9
ATS631?
RICHIEDE QUANTE VOLTE L'INGRESSO 1 HA CAMBIATO STATO
ATS632?
RICHIEDE QUANTE VOLTE L'INGRESSO 2 HA CAMBIATO STATO
ATS641?
RICHIEDE QUANTE VOLTE L'INGRESSO 1 HA CAMBIATO STATO E POI RESETTA IL
CONTATORE
ATS642?
RICHIEDE QUANTE VOLTE L'INGRESSO 2 HA CAMBIATO STATO E POI RESETTA IL
CONTATORE
ATS701?
RICHIEDE LA TENSIONE SULL'INGRESSO AN1 (0÷1,8V) RESTITUISCE UN VALORE IN
DECIMALE CORRISPONDENTE AI mV MISURATI (1368 = 1,368V)
ATS702?
RICHIEDE LA TENSIONE SULL'INGRESSO AN2 (0÷1,8V)
ATS711?
RICHIEDE LA TENSIONE SULL'INGRESSO AN1 (0÷1,8V) RESTITUISCE UN VALORE IN
ESADECIMALE CORRISPONDENTE AI mV MISURATI (558= 1,368V)
ATS712
RICHIEDE LA TENSIONE SULL'INGRESSO AN2 (0÷1,8V)
ATI101
RESTITUISCE IL VALORE IN dBm DEL SEGNALE (-32786 SIGNIFICA NON CONNESSO)
di utilizzare i tasti potremo anche
digitare direttamente il comando
AT nell’apposito spazio ed inviare
il comando cliccando sul pulsante
“Invia”: l’effetto sarà identico.
Ultimata anche questa prova potremo scollegare la demoboard
Bluetooth dal nostro PC e sistemarla a distanza, magari collegandola
ai carichi che vogliamo attivare o
agli ingressi che vogliamo leggere.
Ma come facciamo ad instaurare un
collegamento con questa che ora è
diventata la nostra unità remota? E’
evidente che il PC deve essere dotato di una interfaccia Bluetooth
oppure, in assenza di questa, bisogna utilizzare un’altra demoboard o
una cosiddetta chiavetta Bluetooth
(solitamente USB). Nel primo caso
bisogna effettuare le stesse operazioni appena descritte e configurare
la demoboard; fatto ciò andremo a
selezionare il flag “Connessione
remota” ed i due moduli potranno
dialogare tra loro. Prima però
dovremo attivare la modalità
“Remote Command Control” che
consiste nell’inviare all’unità remota tre punti esclamativi (!!!). Da
quel momento tutti i comandi AT
inviati dal nostro PC non avranno
alcun effetto sul dispositivo connesso in locale ma esclusivamente sull’unità remota. Immaginiamo inve- >
dovrà essere selezionata la COM
appropriata (solitamente COM1) e
dovrà essere attivato il flag
“Controllo locale”. A questo punto,
specie se avremo appena ultimato
la costruzione della demoboard,
potremo verificare che tutto funzioni correttamente inviando tramite il
pannello di controllo del nostro
software una serie di comandi
all’apparecchiatura come indicato
nelle Figure 2 e 2a. Conviene provare ad attivare tutte le uscite e leggere gli stati degli ingressi. Anche
in questo caso l’apposita finestra
visualizzerà il comando AT corrispondente al tasto premuto. Invece
29
Utilizzando un cellulare con interfaccia Bluetooth ed apposito programma
di gestione è possibile pilotare la demoboard esattamente come si fa col
PC. Prossimamente presenteremo un’applicazione del genere.
ce che il PC venga collegato ad una
chiavetta Bluetooth USB come rappresentato nei nostri disegni.
In questo caso, dopo che il PC avrà
riconosciuto il nuovo hardware,
chiederà di caricare il driver necessario. Quasi tutte le interfacce di
questo tipo utilizzano programmi
tipo “BlueSoleil” che riconoscono
immediatamente la chiavetta, creano una serie di porte virtuali e ne
assegnano due al dispositivo (solitamente COM7 e COM8). Le due
porte sono necessarie per la comunicazione full-duplex in tempo
reale. Il nostro PC ed il relativo programma di gestione della chiavetta
riconoscerà ed associerà qualsiasi
dispositivo Bluetooth che entrerà
nel raggio di azione del sistema. In
pratica, accendendo la nostra
demoboard,
il
programma
BlueSoleil riconoscerà il modulo
Per il
Ezurio ed assegnerà a questo dispositivo una porta virtuale, solitamente la prima disponibile. Cliccando
sull’icona del dispositivo Ezurio
visualizzata da BlueSoleil scopriremo quale porta è stata assegnata
alla nostra demoboard (nell’esempio COM5). A questo punto apriremo il programma di comunicazione
da noi messo a punto, selezioneremo nell’apposito menu la COM
assegnata al modulo remoto e cliccheremo sul bottone “Connetti”.
Dovremo quindi (Fig. 3 e Fig. 3a)
selezionare l’opzione “Controllo
remoto” e cliccare sul pulsante
“Configura”. Questa operazione
consente all’unità remota di entrare
in modalità Remote Command
Mode ed equivale ad inviare tramite Hyper Terminal tre punti esclamativi (!!!). Da quel momento
potremo utilizzare il nostro pro-
gramma per controllare la demoboard remota Bluetooth come se
fosse fisicamente connessa al PC. Il
tutto però wireless! Le figure 4 e 4a
chiariscono come avviene il controllo dell’unità remota. A questo
proposito, conviene osservare più
attentamente la schermata principale del nostro programma di controllo. Le otto linee di I/O possono
essere configurate come ingressi o
come uscite selezionando le caselle
relative e premendo il pulsante
“Imposta I/O”. Per leggere lo stato
degli ingressi è sufficiente premere
il pulsante “Leggi I/O” mentre per
attivare le uscite è necessario utilizzare la sezione “Stato IN/OUT”: è
possibile attivare un’uscita alla
volta oppure attivare o disattivare
tutte le uscite contemporaneamente
mediante i comandi “Attiva OUT” e
Reset OUT”. Quando un’uscita è
attiva, il bottone relativo diventa
rosso, così come il corrispondente
led presente sulla basetta remota.
Ovviamente, se quel canale è stato
impostato come ingresso, l’eventuale tentativo di attivazione non
avrà esito: prima bisogna modificare l’impostazione della linea di
IN/OUT! La sezione più in basso
consente di leggere i valori di tensione presenti sui due ingressi analogici. L’indicazione viene fornita
sia da una barra scorrevole che
mediante il valore espresso in millivolt. Ancora più in basso troviamo i
comandi che consentono di cono-
MATERIALE
La demoboard descritta in queste pagine è disponibile in scatola di montaggio (cod.
FT628K) al prezzo di 47,00 Euro. Il kit non comprende il modulo FT622M (costo 94,00
Euro) sul quale è montato il chip Ezurio BISM2. Quest’ultimo è anche disponibile separatamente al prezzo di 78,00 Euro. Il modulo FT622 viene fornito già montato e collaudato. Il kit della demoboard comprende anche il software di gestione descritto nell’articolo. Tutti i prezzi si intendono IVA compresa.
Il materiale va richiesto a: Futura Elettronica, Via Adige 11, 21013 Gallarate (VA)
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30
La nostra demoboard dispone anche di una
sezione audio con la quale è possibile instaurare
una comunicazione voce con un dispositivo
remoto. Anche per quanto riguarda tale aspetto,
sui prossimi numeri presenteremo delle
applicazioni specifiche in modalità stand-alone.
scere il nome e l’ID dell'unità
remota Bluetooth connessa. Infine è
presente un’ultima sezione che funziona da contatore relativamente
agli ingressi digitali IN1 e IN2. In
pratica è possibile conoscere quante volte c’è stata una variazione di
livello (da basso ad alto) di questi
ingressi. La massima cifra memorizzabile è 65535, dopo di che il
contatore torna a zero. Abbiamo
previsto un pulsante di reset che
consente di azzerare in qualsiasi
momento il contatore. Infine
vogliamo segnalare il pulsante
“Qualità segnale” che consente di
conoscere il cosiddetto RSSI, ovvero il livello del segnale radio.
Cliccando su questo pulsante viene
inviato il comando ATI101: la
risposta (visibile nella finestra di
log) corrisponde al livello in dBm
del segnale. Se il dato è uguale a 0
significa che stiamo lavorando nelle
condizioni ottimali mentre se il
valore è -32786 significa che non
c’è connessione. Come illustrato
nel disegno in alto, la nostra demoboard è in grado di instaurare anche
una connessione audio con i dispositivi che supportano questa modalità quali i telefoni cellulari muniti
di Bluetooth. In questo caso, per
rispondere ad una chiamata ed
instaurare una connessione audio è
necessario inviare il comando
AT+CKPD=200.
Termina qui la descrizione del pro-
gramma da noi messo a punto che,
lo ricordiamo, è scaricabile gratuitamente dal sito della rivista. Nei
prossimi mesi presenteremo altre
applicazioni stand-alone col modulo Ezurio BISM2. Una delle più
interessanti riguarda la possibilità
di comandare la demoboard o dispositivi simili con un telefono cellulare sfruttando l’interfaccia
Bluetooth esistente ed utilizzando
un apposito programma in Java o
Symbian a seconda del cellulare
utilizzato. Un sistema, come illustrato nel disegno della pagina a
lato, che consente di utilizzare il
telefonino per attivare differenti
dispositivi (luci, TV, serrande elettriche, antifurto, ecc.).
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2 x 1350Wrms
2 x 900Wrms
2 x 450Wrms
2 x 200Wrms
2 x 100Wrms
Potenza d uscita su 8 Ohm:
2 x 1300Wrms
2 x 900Wrms
2 x 600Wrms
2 x 300Wrms
2 x 100Wrms
2 x 85Wrms
Potenza di uscita mono a ponte su 8 Ohm:
3800Wrms
2700Wrms
1800Wrms
600Wrms
300Wrms
-
Distorsione armonica:
< 0,01%
<0,01%
< 0,01%
< 0,04%
< 0,04%
< 0,04%
Risposta in frequenza:
20-20000Hz ± 0,5dB
20-20000Hz ± 0,5dB
10Hz - 50KHz ± 1,5dB
10Hz
10Hz
-
Rapporto S/N:
>100dB
>100dB
>100dB
>110dB
>110dB
>110dB
Sensibilità di ingresso:
0,77V / 26dB / 1,44V
0,77V / 26dB / 1,44V
0,77V / 26dB / 1,44V
1,23Vrms (± 1dB)
1,23Vrms (± 1dB)
1,23Vrms (± 1dB)
Led di segnalazione:
stereo / parallelo /
ponte - saturazione /
protezione
protezione
protezione
alimentazione,
segnale, max
potenza
alimentazione,
segnale, max
potenza
alimentazione,
segnale, max
potenza
Sistema di raffreddamento:
2 ventole
2 ventole
2 ventole
automatico
automatico
automatico
Connettori altoparlanti:
NL4FC + plug a banana
NL4FC
a vite e a banana
Connettori d ingresso:
XLR e jack 6,35mm
XLR e jack 6,35mm
XLR e jack 6,35mm
XLR e jack 6,35mm
XLR e jack 6,35mm
XLR bilanciato, jack
Alimentazione:
230VAC/50Hz
230VAC/50Hz
230VAC/50Hz
230VAC/50Hz
230VAC/50Hz
230VAC/50Hz
Dimensioni:
540 x 482 x 145mm
540 x 482 x 145mm
540 x 482 x 145mm
482 x 132 x 435mm
482 x 95 x 310mm
482 x 240 x 95mm
Peso:
40Kg
35Kg
27Kg
21Kg
13Kg
7,4Kg
180W
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Elettronica
Innovativa
di
Gabriele Daghetta
Permette di ascoltarsi in cuffia
quando si suona la chitarra
elettrica; è stato pensato per
chi si esercita a casa la sera o
in luoghi dove il tradizionale
amplificatore per strumenti
musicali non si può
usare perché
farebbe
troppo
rumore.
Dispone di
un’uscita per
cuffia e di
un’altra con la quale
mandare il segnale a un
mixer o all’amplificatore.
hi suona uno strumento musicale come la chitarra elettrica, il basso elettrico o la tastiera (organo
o sintetizzatore che sia) quando vuole esercitarsi in
casa deve spesso fare i conti con il vicinato: a meno di
non abitare in una casa indipendente, lontana dalle
altre, alzare a tutto volume l’amplificatore può arrecare
non poco disturbo a chi abita nell’appartamento adiacente, poco importa se sia lo strimpellare di musicisti in
erba o l’esecuzione impeccabile di un musicista provetto. Per evitare di dover suonare lontano da casa, in
apposite sale prove insonorizzate o nei box e nelle canElettronica In - aprile 2006
tine, chi ha uno strumento da amplificare può ricorrere
a quel semplice circuito chiamato preamplificatore per
cuffia: si tratta sostanzialmente di una versione miniaturizzata del tradizionale amplificatore da chitarra e
basso o da tastiera elettronica, progettato per pilotare
una cuffia e consentire quindi a chi suona di ascoltarsi
senza disturbare nessun altro. Quello da noi proposto in
queste pagine è proprio un piccolo amplificatore alimentato a pile, collocabile sia su un tavolo, sia a cintura, provvisto di un ingresso per il cavo proveniente
dalla chitarra e di due uscite: una per la cuffia e l’altra >
33
pensata per inviare il segnale ad un
mixer, registratore a cassette o CDrecorder, computer, impianto hi-fi o
amplificatore da strumenti musicali. L’uscita in questione è stata pensata per chi desidera, durante l’esecuzione, effettuare una registrazione su nastro o su CD, eventualmente sommando le basi di altri strumenti preparate in sala di registrazione. Suonare su una base già preparata realizzata mixando l’esecuzione di altri musicisti, è una tecnica adottata anche nella registrazio-
analizzando lo schema elettrico
illustrato qui sotto.
Il circuito
Amplificare il segnale prodotto da
una chitarra o da un basso elettrico
è cosa abbastanza semplice: infatti
in essi la componente audio è prodotta da un trasduttore piezoelettrico o magnetico che restituisce in
uscita un livello di alcune centinaia
di millivolt per elevare il quale è
sufficiente aggiungere uno stadio
che guadagni cinque o dieci volte in
cace controllo di volume. Dal cursore del trimmer, un secondo condensatore di disaccoppiamento
(C3) trasporta il segnale all’ingresso di uno stadio amplificatore realizzato con l’ausilio dell’operazionale IC1a; quest’ultimo lavora nella
configurazione non-invertente e
guadagna in tensione circa 6 volte,
come previsto dalla retroazione realizzata da R3 ed R4. Della rete di
reazione vale la pena di notare alcuni dettagli: il condensatore C7 è
stato inserito per assicurare che il
tensione. Nel nostro circuito la
componente BF in arrivo dal pickup (così si chiama il trasduttore
dello strumento a corda...) entra nel
circuito dal connettore RCA siglato
IN GUITAR e da esso, tramite il
condensatore di accoppiamento C5
(serve a lasciar transitare il segnale
variabile e a separare in continua il
pick-up dal circuito di polarizzazione degli operazionali), raggiunge
un estremo del trimmer RV1, montato come potenziometro. Scopo
dell’RV1 è regolare il livello del
segnale, ovvero consentire un effi-
guadagno valga sei volte solo in
alternata, mentre in continua si
limita ad 1; notate, infatti, che in
regime continuo il condensatore è
un circuito aperto e la tensione di
uscita dell’operazionale viene
retrocessa all’input invertente. Ciò
serve a far sì che il potenziale che
polarizza l’ingresso non-invertente
(metà dell’intera tensione che alimenta l’IC1) sia riportata pari-pari
all’uscita dell’operazionale, condizione necessaria ad assicurare la
massima escursione in entrambe le
semionde del segnale uscente
Schema
Elettrico
ne in studio di dischi: infatti spesso
gli elementi di un complesso, per
ottenere la miglior registrazione
possibile, incidono ciascuno la propria parte di un brano, sulla quale
poi suonano gli altri ascoltandola in
cuffia. La registrazione così ottenuta viene sovrapposta agli altri strumenti mediante un mixer. Questo
spiega perché la musica nei dischi è
praticamente impeccabile ed anche
la voce è sempre migliore di quella
dal vivo.
Ma torniamo alla sostanza del progetto descritto in queste pagine,
34
dall’IC1a. Nella rete di reazione è un ascolto a basso livello determistata inserita una cella passa-alto nato dal fatto che gli NE5532 posche permette di regolare la tonalità sono erogare in uscita solo poche
del suono: in particolare, C2 ed
RV2/R7 attenuano le basse frequenze in misura determinata
dalla posizione del cursore
dell’RV2, il che determina una
maggiore retrocessione delle
note acute, che vengono perciò
amplificate di meno dall’operazionale. Alla maggior retrocesSchema interno del doppio operazionale
sione concorre anche C4, che,
NE5532 usato nel circuito.
con la resistenza equivalente
determinata da R3 ed R4,
forma una seconda cella filtrante decine di milliampere. Ciò non rappassa-alto.
presenta un problema perché molMediante l’elettrolitico C11, il tissime cuffie di marca (ad esempio
segnale audio amplificato viene Audio Technica e Sennheiser) preapplicato a un trasduttore della cuf- sentano dai 50 ai 300 ohm di impefia: quello relativo al canale destro.
denza. Sempre in tema di uscite,
Al canale sinistro provvede un vedete dallo schema che entrambi i
secondo operazionale, IC1b, confi- canali della cuffia sono disaccopgurato come buffer non-invertente: piati mediante un condensatore
lavora a guadagno unitario e non fa elettrolitico, il cui scopo è quello di
altro che riportare tale e quale al impedire che il potenziale presente
positivo di C10 il segnale uscente a riposo all’uscita dei due operaziodal piedino 1 dell’IC1b.
nali raggiunga gli altoparlanti,
Le uscite per la cuffia
facendo loro dissipare energia inuterminano entrambe
tilmente. Ciò per evitare di
su una presa jack da
udire il tipico “botto” pro3,5 mm, il cui capo
comune è collegato
alla massa del circuito.
Oltre a quella per la
cuffia, il nostro preamplificatore ha un’uscita
riservata all’eventuale
collegamento con amplificatori, mixer ecc. Il
segnale corrispondente lo
preleviamo da un partitore resistivo collocato sul canale destro,
che fornisce una componente idendotto dal fatto che, quando
tica a quella uscente dal sinistro; si collega la cuffia, C10 e C11, iniLINE OUT termina su una presa zialmente scarichi, lasciano passare
RCA da circuito stampato.
il potenziale di riposo presente
Degli stadi di uscita notate alcuni all’uscita di ciascun operazionale.
dettagli: il primo riguarda l’impe- Infine, ogni linea di uscita dispone
denza delle cuffie da usare, che, di una rete R/C per la compensazioavendo montato nel preamplificato- ne delle variazioni di impedenza
re dei comuni operazionali, deve della cuffia: parliamo di C8/R10
essere di almeno 50÷60 ohm, pena per il canale sinistro e C9/R11; la
compensazione si basa sul fatto che
il condensatore ha, nei riguardi
della frequenza, un comportamento
speculare rispetto all’altoparlante, che ha natura essenzialmente
induttiva. Quindi all’aumentare
della frequenza, siccome la reattanza capacitiva diminuisce,
l’impedenza del bipolo posto in
uscita si abbassa e compensa
l’aumento di impedenza dell’altoparlante, la cui natura prevalentemente induttiva fa sì che
aumenti al crescere della frequenza.
L’intero preamplificatore è stato
progettato per funzionare con una
pila a secco da 9 volt, che va collegata ai punti + e - 9V; per risparmiare energia è stato inserito l’interruttore SW1, che consente di alimentare il circuito solo quando
serve. Il diodo luminoso LD1 si
accende quando il dispositivo è in
funzione; notate il particolare collegamento che lo riguarda: in serie ad
esso troviamo, oltre alla resistenza
che ne limita la corrente, un diodo
zener. Quest’ultimo è da 4,7 volt e
serve a far sì che il led si accenda
fin quando la tensione fornita
dalla pila è superiore ai 7 V
circa; quando la pila ha
ancora poca energia, il
diodo non si illumina più
anche se l’interruttore è
chiuso (posizione ON)
condizione dalla quale
sappiamo che è giunto
il momento di procurarsi una nuova pila
carica.
Bene, detto anche questo
possiamo passare alle note
costruttive.
Realizzazione pratica
L’estrema semplicità del circuito
rende la costruzione alla portata di
chiunque abbia un minimo di esperienza in montaggi elettronici.
Inciso e forato lo stampato (il cui
master può essere scaricato dal >
35
PIANO DI
montaggio
nostro sito www.elettronicain.it)
potete montare su di esso i pochi
componenti occorrenti, a partire
dalle resistenze e dal diodo zener
(la cui fascetta colorata deve essere
posta verso R7) e proseguendo con
lo zoccolo per l’integrato; è poi la
volta dei trimmer e dei condensatori (inserite per primi quelli non
polarizzati e rispettate la polarità
degli elettrolitici).
Il led va montato in piedi mantenendo i terminali molto lunghi: l’elettrodo corrispondente al catodo è
quello vicino al lato smussato del
contenitore (il catodo va rivolto
verso R7).
Terminate il montaggio con i collegamenti relativi agli ingressi ed alle
uscite: a riguardo notate che servono due prese RCA, una per l’ingresso e l’altra per l’uscita di linea,
oltre ad un jack da c.s. a 3,5 mm,
anche del tipo senza interruttore.
Per l’alimentazione, infilate nelle
piazzole + e - BATTERY i fili rosso
e nero di una presa volante a strappo, nella quale, completato l’assemblaggio del dispositivo, inserirete una pila da 9 volt, meglio se
alcalina. Il trimmer RV2 deve essere provvisto di un apposito alberino
36
sul quale fissare una manopola con
la quale regolare la tonalità d’ascolto; per il volume è invece previsto
un tradizionale trimmer da regolare
prima di chiudere il contenitore. Il
motivo di ciò sta nel fatto che solitamente chitarra e basso elettrico
hanno già una manopola per la
regolazione del volume, quindi
RV1 va tarato per ottenere il massimo livello d’ascolto voluto e poi si
agisce solo sul volume dello strumento musicale.
La basetta va inserita in un contenitore, meglio se metallico, forato per
far uscire le due prese RCA e quella jack della cuffia, il diodo luminoso (deve spuntare dal coperchio)
l’interruttore e la manopola per la
regolazione del volume tramite
RV1. Fissato lo stampato mediante
tre colonnine esagonali e viti da 3
MA, inserite la pila nell’apposita
clip e fissatela all’interno del contenitore; prima di chiudere il coperchio è il caso di provvedere alla
taratura dell’RV1, operazione che
richiede l’impiego della chitarra e
della cuffia; per accendere l’apparecchio agite sull’interruttore di alimentazione SW1.
Riguardo al collegamento dello
strumento musicale, va notato che
abbiamo previsto una presa RCA:
ciò significa che occorre utilizzare
un cavo coassiale che abbia da un
lato il tradizionale jack mono da 6,3
mm e dall’altro uno spinotto RCA;
potete facilmente autocostruire il
cavo utilizzando uno spezzone di
coassiale per segnali audio e collegando la calza di schermo da un
lato all’elettrodo esterno dello spinotto RCA e dall’altro al contatto
grande del jack. L’anima (conduttore interno) va connessa al contatto
anteriore del jack mentre nell’RCA
va collegata all’elettrodo interno
(spina).
Collegato il tutto e alimentato il circuito, verificate che il led sia illuminato, ad indicare che il preamplificatore è sotto tensione; iniziate a
suonare e portate al massimo il
volume del vostro strumento, regolando, con un piccolo cacciavite a
lama, RV1, al fine di ottenere il
massimo volume che desiderate
avere in cuffia.
Fatto ciò potete abbassare il volume
dello strumento, staccare tutti i cavi
di collegamento e chiudere il contenitore del preamplificatore, badando che una parte del corpo del led
ELENCO COMPONENTI:
R1: 470 kohm
R2: 470 kohm
R3: 47 kohm
R4: 10 kohm
R5: 10 kohm
R6: 10 kohm
R7: 68 ohm
R8: 68 ohm
R9: 390 ohm
R10: 2,2 ohm
R11: 2,2 ohm
RV1: trimmer MO 100 kohm
RV2: trimmer orizzontale 1 kohm
con perno
C1: 470 pF ceramico
riesca ad affacciarsi all’esterno e
possa così risultare visibile.
Adesso l’apparecchio è pronto e
potete decidere come utilizzarlo: ad
esempio, se il contenitore in cui l’a-
C2: 10 nF ceramico
C3: 33 nF ceramico
C4: 33 nF ceramico
C5: 100 nF multistrato
C10: 220 µF 25 VL elettrolitico
ZD1: zener 4,7 V, 400 mW
SW1: Deviatore 2 vie 90°
LD1: led 3 mm rosso
IC1: NE5532A
vete inserito è abbastanza piccolo e
leggero, nulla vieta di fissare posteriormente una clip per agganciarlo
alla cintura dei pantaloni, così da
potervi muovere nella stanza quan-
Radiomicrofono in VHF formato da un trasmettitore
palmare e da un ricevitore diversity. Questa particolare tecnologia consente di evitare l'effetto evanescenza. Frequenza di lavoro: 181,660 MHz. Il set
viene fornito con una valigetta di plastica nera.
Varie:
- Clip per batteria 9V
- Connettore RCA femmina 90°
(2 pz.)
- Zoccolo 4+4
- Manopola per trimmer
- Connettore jack stereo 3,5 mm
- Vite 6 mm 3 MA (6 pz.)
- Distanziale 8 mm F/F (3 pz.)
- Contenitore metallico
- Circuito stampato
Tutte le resistenze, se non
specificato, si intendono da 1/4W
do suonate, senza dover restare vincolati al cavo di collegamento (sul
quale si può facilmente inciampare)
e senza aver paura di tirare troppo e
far cadere il preamplificatore dal >
Set Radiomicrofono UHF
FR217UHF Euro 205,
Trasmettitore
con microfono
Radiomicrofono in UHF composto da un
a clips da utiliztrasmettitore palmare e da un ricevitori alimentato con la
zare nei sistemi
CARATTERISTICHE TECNICHE:
tensione di rete. Frequenza di lavoro: 863,300 MHz. Il set viene fornito
FR217 e FR217D in
RICEVITORE
con una valigetta di plastica nera.
Frequenza di lavoro: banda VHF; Stabilità in frequenza:
sostituzione del radioCARATTERISTICHE TECNICHE:
±0.005% / 25°C; Modulazione: FM (F3E); Distorsione T.H.D.:
microfono palmare.
RICEVITORE
<0.8%;
Rapporto
S/N:
>90dB;
Risposta
in
frequenza:
50Hz
Ideale per convegni, dimoSet
- 15kHz; Uscita segnale: 0-300mV, 10kOhm; Connettore: Frequenza di lavoro: banda UHF; Stabilità in frequenza: ±0.005% /
strazioni, spettacoli teatrali,
Radiomicrofono 6.35mm jack; Alimentazione:DC 12V/300mA (adattatore di 25°C; Modulazione: FM (F3E); Distorsione T.H.D.: <0.6%; Dinamica:
ecc. Frequenza di lavoro:
>110dB; Rapporto S/N: >100dB; Risposta in frequenza: 50Hz rete incluso); Dimensioni: 152 x 98 x 36mm; Peso: 226g.
VHF
15kHz; Oscillatore: controllato al quarzo; Sensibilità RF: 3µV /
181.660 MHz.
MICROFONO
CON
TRASMETTITORE
00
CARATTERISTICHE TECNICHE:
FR217 Euro 110,
Stabilità in frequenza: ±0.005% / 25°C; Modulazione: FM
00
20dB Sinad; Squelch: controllo esterno; Uscita segnale: bilan-
ciata 60mV/600 Ohm, sbilanciata 750mV 5kOhm;
Stabilità in frequenza: ±0.005% / 25°C; Dispositivo operante sulle (F3E); Risposta in frequenza: 50Hz - 15kHz; Potenza di usciConnettore: 6.35mm jack; Alimentazione: DC 12V/500mA
ta
RF:
10mW;
Alimentazione:
1
x
1.5V
AA;
Assorbimento:
Modulazione: FM (F3E); Risposta in fre- frequenze VHF. Notevole
(adattatore di rete incluso); Dimensioni: 222 x 114 x
60mA;
Autonomia:
superiore
a
12
ore
con
batteria
alcalina;
quenza: 50Hz - 15kHz; Potenza RF: 10mW;
portata ed elevata qualità
36mm; Peso: 550g.
Lunghezza: 233mm; Peso: 210g.
Alimentazione: 1 x 9V; Assorbimento: <20mA;
dell'audio grazie alla moduMICROFONO CON TRASMETTITORE
Dimensioni: 106 x 66 x 23mm;
lazione FM. Frequenza di
Stabilità in frequenza: ±0.005% / 25°C;
Peso: 80g.
Modulazione: FM (F3E); Deviazione massima:
Set Radiomicrofono
lavoro: 181,660 MHz.
±40kHz; Risposta in frequenza: 50Hz - 15kHz;
Il set, composto da un riceVHF Diversity
Trasmettitore
Potenza di uscita RF: 10mW; Alimentazione: 1
vitore e da un radiomicroa clips
x 9V; Assorbimento: 30mA; Autonomia:
fono palmare, viene fornito
FR217D
superiore a 8 ore con batteria alcalina;
con una valigetta per il traEuro 178,00
Lunghezza: 235mm; Peso: 210g.
FR217CL Euro 92,00 sporto.
37
piano d’appoggio. Oltre che per
ascoltarsi in cuffia quando si suona,
il dispositivo descritto in queste
pagine può essere utilizzato come
primo stadio di un amplificatore per
strumenti musicali; ad esempio lo si
può abbinare al finale da 200 watt
da noi proposto nel fascicolo n° 99
(giugno 2005, al quale rimandiamo
per tutte le informazioni del caso e
...come costruire
un amplificatore
per strumenti
musicali
basso, chitarra elettrica e tastiere
elettroniche.
Il finale può essere facilmente autocostruito (perché impiega componenti di facile reperibilità) oppure
acquistato in scatola di montaggio
(cod. K8060) presso la ditta Futura
Elettronica (tel. 0331/799775, fax
0331/778112); per chi non vuole
dedicarsi all’autocostruzione, esiste
+
+
i dettagli costruttivi) il quale, peraltro, è stato concepito prevalentemente per l’uso come stadio di
potenza per monitor da studio o
palcoscenico, amplificatori da
Per il
anche il finale montato e collaudato
(si chiama VM100) già sistemato su
un dissipatore di calore che permette di fissarlo su un lato esterno del
mobile dell’apparato. Comunque
l’amplificatore finale può essere un
qualsiasi circuito della potenza che
preferite, purché accetti in ingresso
segnali di ampiezza compresa tra
100 mV e 1 Veff.
Ad esempio, nulla vieta di orientarsi verso un amplificatore a mosfet,
che, peraltro, fornisce un suono
simile a quello dei più blasonati
valvolari (ad esempio i Marshall).
Abbinato ad un finale di
potenza e ad un buon
altoparlante full-range
(a banda estesa,
tipicamente tra 50 e
circa 5.000 Hz) il
preamplificatore
descritto in queste
pagine permette di
realizzare un ottimo amplificatore
per strumenti
musicali: è sufficiente montarlo in
una cassa di legno di dimensioni
adatte all’altoparlante (magari
provvista di paraspigoli e rotelle)
collegare la sua uscita RCA
all’ingresso del finale, quindi
aggiungere un alimentatore
adatto. Con un po’ di cura
otterrete un prodotto che nulla
avrà da invidiare a quelli reperibili
in commercio.
Anche se starà nello stesso mobile
del finale, conviene che il preamplificatore sia inserito in una scatoletta metallica che farà da schermo
contro le interferenze.
MATERIALE
Il progetto descritto in queste pagine è disponibile in scatola di montaggio al prezzo di
31,50 Euro (cod. K4102). Il kit comprende tutti i componenti, il circuito stampato forato e serigrafato, le minuterie ed il contenitore metallico già forato. Non è compresa la
batteria a 9 volt. Tutti i prezzi si intendono IVA compresa.
38
Una serie di prodotti che consentono di collegare qualsiasi periferica dotata di linea seriale ad una LAN di tipo Ethernet.
Firmware aggiornabile da Internet, software disponibile gratuitamente sia per Windows che per Linus.
EM100 Ethernet Module
DS100 Serial Device Server
! Convertitore completo
10BaseT/Seriale;
Realizzato appositamente per collegare
qualsiasi periferica munita di porta seriale ad una LAN tramite una connessione Ethernet. Dispone di un indirizzo
IP proprio facilmente impostabile
tramite la LAN o la porta seriale.
Questo dispositivo consente di realizzare
apparecchiature "stand-alone" per numerose
applicazioni in rete. Software e firmware disponibili gratuitamente.
! Compatibile con il
modulo EM100.
[DS100 - Euro 115,00]
Server di Periferiche Seriali in grado
di collegare un dispositivo munito di
porta seriale RS232 standard ad una
LAN Ethernet, permettendo quindi l’accesso a tutti i PC della rete locale o da
Internet senza dover modificare il software esistente. Dispone di un indirizzo IP ed implementa i protocolli UDP, TCP, ARP e ICMP. Alimentazione a 12 volt con
assorbimento massimo di 150 mA. Led per la segnalazione di stato e la connessione alla rete Ethernet.
[EM100 - Euro 52,00]
[Disponibile anche nella versione con porta multistandard RS232 / RS422 /
RS485, codice prodotto DS100B - Euro 134,00].
Simile al modulo EM100 ma con dimensioni più contenute. L'hardware comprende una porta Ethernet
10BaseT, una porta seriale, alcune linee di I/O
supplementari per impieghi generici ed un processore il cui firmware svolge le funzioni di
"ponte" tra la porta Ethernet e la porta seriale. Il terminale Ethernet può essere connesso direttamente ad una presa RJ45 con filtri mentre dal lato "seriale" è possibile una connessione diretta con microcontrollori, microprocessori,
UART, ecc.
00
DS202R Tibbo
Ultimo dispositivo Serial Device Server
nato in casa Tibbo, è perfettamente
compatibile con il modello DS100 ed è
caratterizzato da dimensioni estremamente compatte. Dispone di porta
Ethernet 10/100BaseT, di buffer
12K*2 e di un più ampio range di alimentazione che va da 10 a 25VDC.
Inoltre viene fornito con i driver per il corretto funzionamento in ambiente
Windows e alcuni software di gestione e di
programmazione.
[EM120 - Euro 54, ]
Si differenzia dagli altri moduli Tibbo per la disponibilità di
una porta Ethernet compatibile 100/10BaseT e per le
ridotte dimensioni (32.1 x 18.5 x 7.3 mm). Il modulo è
pin-to pin compatibile con il modello EM120 ed utilizza lo stesso software messo a punto per tutti gli
altri moduli di conversione Ethernet/seriale.
L'hardware non comprende i filtri magnetici per la
porta Ethernet. Dispone di due buffer da 4096 byte e
supporta i protocolli UDP, TCP, ARP, ICMP (PING) e
DHCP.
00
[DS202R - Euro 134,00]
E’ anche disponibile il kit completo comprendente oltre al Servial Device Server
DS202R, l’adattatore da rete (12VDC/500mA) e 4 cavi che permettono di collegare il DS202R alla rete o ai dispositivi con interfaccia seriale o Ethernet
KIT - Euro 144,00].
[DS202R-K
EM202EV Ethernet Demoboard
[EM200 - Euro 58, ]
Scheda di valutazione per i moduli EM202 Tibbo.
Questo circuito consente un rapido apprendimento delle funzionalità del modulo
di
conversione
Ethernet/seriale
EM202 (la scheda viene fornita con un
modulo). Il dispositivo può essere utilizzato come un Server Device standalone. L'Evaluation board implementa un
pulsante di setup, una seriale RS232 con
connettore DB9M, i led di stato e uno stadio switching al quale può essere applicata la tensione di alimentazione (9-24VDC).
Modulo di conversione Seriale/Ethernet integrato all'interno di un connettore RJ45. Particolarmente compatto, dispone di quattro led di segnalazione posti
sul connettore. Uscita seriale TTL full-duplex e
half-duplex con velocità di trasmissione sino a 115
Kbps. Compatibile con tutti gli altri moduli Tibbo e
con i relativi software applicativi. Porta Ethernet
compatibile 100/10BaseT.
[EM202EV - Euro 102,00]
[EM202 - Euro 69,00]
Tabella di comparazione delle caratteristiche dei moduli Ethernet Tibbo
EM120
EM100
EM200
EM202
Codice Prodotto
Collegamenti
Porta Ethernet
Filtro
Connettore Ethernet (RJ45)
Pin
10BaseT
Interno
RJ45
100/10BaseT
Interno
Interno
Esterno
Esterno
Porta seriale
TTL; full-duplex (adatto per RS232/RS422) e half-duplex (adatto per RS485); linee disponibili (full-duplex mode): RX, TX, RTS, CTS,
DTR, DSR; Baudrates: 150-115200bps; parity: none, even, odd, mark, space; 7 or 8 bits.
Porte supplementari I/O
per impeghi generali
2
5
510 x 2 bytes
40
Ambiente
50
46,2 x 28 x 13
35 x 27,5 x 9,1
Dimensioni Routing buffer
Corrente media assorbita (mA)
Temperatura di esercizio (°C)
Dimensioni (mm)
Titti i prezzi si intendono IVA inclusa.
zi
Prez i per
cial
spe ntità
qua
0
4096 x 2 bytes
220
55° C
32,1 x 18,5 x 7,3
230
40° C
32,5 x 19 x 15,5
Tel. 0331/799775 - Fax. 0331/778112
Disponibili presso i migliori negozi di
elettronica o nel nostro punto vendita
di Gallarate (VA).
Caratteristiche tecniche e vendita on-line:
www.futuranet.it
!
Elettronica
Innovativa
di
Carlo Tauraso
Versione aggiornata con un
nuovo controller Ethernet
della scheda Client FTP che
abbiamo presentato nei
mesi scorsi. Il nuovo chip
sostituisce l’RTL8019
introducendo nuove
funzionalità e
consentendo di
semplificare
notevolmente il
firmware. Dal punto
di vista pratico l’utilizzo di
un integrato dual-in line
(anziché SMD) rende più
semplici anche le operazioni
di montaggio.
seguito della commercializzazione da parte di
Microchip del nuovo chip ENC28J60 abbiamo
pensato di re-ingegnerizzare il progetto del Client-FTP
per dare a tutti i nostri lettori la possibilità di apprezzare le interessanti potenzialità introdotte da questo circuito integrato. Grazie all'interfaccia SPI e alle funzionalità di calcolo hardwired il firmware relativo è diventato più leggero ed anche più semplice da comprendere
a quanti hanno iniziato da poco la sperimentazione su
Ethernet. Abbiamo, nei limiti del possibile, mantenuto
la medesima struttura circuitale e di sviluppo per non
dover riprendere i concetti introdotti nei precedenti articoli. Nei prossimi paragrafi ci soffermeremo principalmente sulla descrizione del chip e sullo sviluppo firmware necessario per far dialogare correttamente il
nostro PIC18F458 con la nuova interfaccia di rete.
Quest'ultima sostituisce completamente l'RTL8019,
pertanto, rende la costruzione del circuito decisamente
più fattibile anche per coloro che non possiedono una
strumentazione professionale (la saldatura in SMD di
un centinaio di pin è sicuramente ostica). Ci riferiremo
essenzialmente al nuovo stack TCP/IP reso disponibile >
41
nella versione 3.02 sul sito
Microchip (www.microchip.com).
Abbiamo provveduto ad integrare
lo stesso implementando il protocollo di livello "Application" necessario al trasferimento dei dati verso
un server FTP. Anche in questo
caso sfruttiamo la medesima sonda
termometrica (DS18B20) per presentare un esempio applicativo, tant'è che non ci sono modifiche di
sorta rispetto all'utilizzo fatto nel
precedente progetto. In pratica per
la messa in funzione si usa lo stesso software di configurazione che
abbiamo descritto nel numero precedente generando il medesimo file
binario (eepftp.bin) da inserire
nella EEPROM (24LC256). Non ci
resta che iniziare analizzando nel
dettaglio quali sono le caratteristiche del nuovo chip ENC28J60.
ENC28J60:
l'interfaccia fisica
Il circuito prodotto da Microchip
rappresenta un'interfaccia di rete
con un bus di controllo e comunicazione chiamato SPI (Serial
Peripheral Interface). Quest'ultimo
è diventato ormai uno standard
industriale riconosciuto tant'è che
buona parte dei PIC della classe 18
includono al loro interno un modulo MSSP (Master Synchronous
Serial Port) che permette di sfruttare tale modalità di comunicazione
offrendo una serie di registri dedicati. Il bus in questione è di tipo
master/slave e può anche essere utilizzato in modalità multi-slave permettendo ad esempio di comandare
più dispositivi differenti che condividono le medesime linee di comunicazione.
Nella demoboard presentata dal
produttore, in effetti, si fa uso del
medesimo modulo MSSP per dialogare prima con l'ENC28J60 e poi
con una EEPROM seriale. La selezione del dispositivo con cui si
intende comunicare viene fatta
attraverso una linea chiamata CS
42
Tabella 1
Num. Pin Denominazione Descrizione
6
SO
Linea dati in uscita
7
SI
Linea dati in entrata
8
SCK
9
CS
Linea di clock
Linea di selezione dello slave
5
WOL
Linea di interrupt che permette di implementare la
funzionalità Wake-On-LAN. Esistono diverse modalità di attivazione, una delle più diffuse è quella relativa alla ricezione di uno speciale pacchetto detto
"Magic Racket"
4
INT
Linea di interrupt che può essere attivata per rilevare
diversi stati dell'interfaccia di rete come ad esempio
una condizione di overflow del buffer di ricezione.
(Chip Select). Noi, invece, abbiamo
voluto mantenere la struttura di
memorizzazione
originale
(24LC256) implementando dal lato
firmware le routine di scrittura e
lettura sul bus I2C. Il modulo MSSP
rimane riservato per la comunicazione con l'ENC28J60 che diventa
il dispositivo slave. Avrete già capito che il primo lato positivo nell'in-
tilizzo di un bus seriale ad alta velocità anziché parallelo.
Riassumiamo in Tabella 1 le linee
di controllo fondamentali per dialogare con il nuovo chip:
Abbiamo già incontrato la modalità
di comunicazione SPI quando
abbiamo descritto l'interfacciamento con le SD-Card pertanto ricordiamo soltanto che il trasferimento
Fig. 1
troduzione del nuovo chip è dato
dal numero inferiore di linee necessarie a comandarlo. Se con
l'RTL8019 dovevamo utilizzare
almeno 16 pin del nostro PIC
(ricordatevi che il bus di interfacciamento arrivava a 20 pin ma noi
avevamo forzato a GND le prime 4
linee), qui nella peggiore delle ipotesi ne dobbiamo riservare soltanto
6, quindi meno della metà. La differenza sta fondamentalmente nell'u-
delle informazioni viene controllato
attraverso gli impulsi di clock da
parte del Master (nel nostro caso il
PIC18F458). Nei due dispositivi è
presente, in pratica, un buffer collegato ad un registro di shift.
Quest'ultimo non fa altro che spostare un bit della linea dati ad ogni
impulso di clock raccogliendo l'informazione finale all'interno del
buffer. La logica di controllo interna usa poi tale buffer per leggere il
pacchetto in ingresso ed elaborarlo
successivamente. Il diagramma di
Figura 1 permette di chiarire il concetto.
L'ENC28J60 presenta al suo interno sette importanti blocchi funzionali:
1) Un'interfaccia SPI che serve per
la comunicazione con il microcontrollore esterno.
2) Una serie di registri che permettono di controllare e di monitorare il funzionamento generale
del chip.
3) Una memoria RAM da 8kbyte a
doppia porta per la memorizzazione temporanea dei pacchetti in
ingresso ed uscita.
4) Un circuito di arbitraggio per
l'accesso alla memoria RAM
necessario per il fatto che una
delle porte viene condivisa tra tre
attori: la logica di ricezione, la
logica di trasmissione e il controller DMA (Direct Memory
Access). Quest'ultimo permette di
accedere rapidamente ai pacchetti
registrati nella RAM per spostarli
di locazione o calcolarne il checksum. Vedremo come questa possibilità rappresenterà il secondo lato
positivo da considerare nella
migrazione dall’RTL8019.
5) Un'interfaccia per il bus SPI
che interpreta i dati ed i comandi
ricevuti attraverso l'SPI. Ogni operazione viene effettuata dal chip
sulla base di appositi
comandi che hanno
una sintassi molto precisa. L'interfaccia in
questione legge i
campi del comando ed
attiva i relativi moduli.
6) Un modulo MAC
che implementa la
logica del livello
Medium
Access
Control secondo le
specifiche Ethernet
802.3.
Ricordiamo
che si tratta di un sottolivello del Data Link
Fig. 2
secondo il modello funzionale
ISO/OSI reso necessario dalla
condivisione del canale di comunicazione.
7) Un modulo PHY che implementa la logica del livello fisico,
cioè del più basso livello previsto
nel modello ISO/OSI. Esso si
occupa di tradurre opportunamente i segnali analogici provenienti
dal cavo di rete in base alla codifica utilizzata (Manchester).
Tutto ciò si può osservare in Figura
2. Il chip tra l'altro presenta al suo
interno anche un regolatore di tensione ed un oscillatore che deve
essere supportato da un quarzo
esterno a 25MHz. Il regolatore di
tensione viene utilizzato per stabi-
lizzare l'alimentazione di alcuni
moduli a 2,5 V al fine di risparmiare energia. Viene richiesto soltanto
di aggiungere un condensatore di
filtro da 10 µF sul pin Vcap. Allo
stesso modo, le sezioni analogiche
incorporate nel chip richiedono la
presenza di una resistenza da 2
kohm (1%) sul pin VBias.
Entrambe i pin vengono poi collegati a massa. L'ENC28J60 usa ufficialmente una tensione di alimentazione a 3,3 V pertanto bisogna considerare che se lo si vuole interfacciare con un PIC18 a 5 V è necessario introdurre una logica intermedia di adattamento dei livelli.
Considerando che nei datasheet
Microchip si descrivono tutte le >
Fig. 3
43
Schema
Elettrico
44
linee in ingresso dell'interfaccia SPI
come "5V tolerant", abbiamo provveduto ad utilizzare i restanti pin
del 74CT125 che utilizziamo come
traslatore per la linea di uscita proveniente dalla Secure Digital.
Risultava "gratuito" sfruttare le altre
3 linee per collegare rispettivamente
l'uscita SO e le due linee di interrupt
provenienti dall'ENC28J60.
L'interfaccia presenta, infine, due
linee di segnalazione programmabili che vengono collegate a due led
in maniera da permettere il monitoraggio del funzionamento corretto
del chip nonché 4 linee differenziali in ingresso collegate al modulo
PHY provenienti dal trasformatore
di rete. Quest'ultimo deve avere un
isolamento in grado di proteggere il
dispositivo da cariche elettrostatiche (2 kV o superiore) e presentare
degli opportuni terminatori composti da una coppia di resistenze da 50
Ohm e un condensatore da 0,01µF.
Nella nostra basetta per semplicità
abbiamo utilizzato una porta RJ45
con un trasformatore di rete integrato con caratteristiche compatibili che si è rivelato molto funzionale.
Nella realizzazione è importante
utilizzare sul punto centrale del trasformatore collegato alla coppia
TPOUT+/TPOUT- un piccolo
avvolgimento con nucleo di ferrite
collegato alla tensione a 3,3 V ed in
grado di sopportare una corrente di
almeno 100 mA.
Il circuito minimo necessario per
l'utilizzo dell'ENC28J60 è visibile
in Figura 3.
Il circuito
Abbiamo utilizzato una struttura
simile a quella presente nella prima
versione del Client-FTP eliminando
le linee non necessarie ed attestandone una parte su delle apposite
strip che utilizzeremo per espansioni future. In particolare i tre pin
RD5, RD6, RD7 che prima erano
necessari per il bus dati
dell'RTL8019 sono stati riservati >
PIANO DI
montaggio
ELENCO COMPONENTI:
R1: 4,7 kohm
R2, R3: 10 kohm
R4÷R6: 4,7 kohm
R7, R8: 470 ohm
R9: 1,8 kohm
R10÷R13: 47 ohm
R14: 4,7 kohm
R15, R16: 10 kohm
C1, C3, C5: 100 nF
multistrato
C2: 470 µF 25 VL
elettrolitico
C4: 470 µF 16 VL
elettrolitico
C6: 220 µF 16 VL
elettrolitico
C7, C8: 15 pF ceramico
C11÷C14: 100 nF
multistrato
L1: Bobina 47 µH
U1: 7805
U2: PIC18F458 (MF634)
U3: LM1086-3.3
U4: 74HC125B
U5: 24LC256
U6: ENC28J60
D1: 1N4007
D2÷D4: BAT85
P1: Microswitch
Q1: quarzo 20 MHz
Q2: quarzo 25 MHz
LD1: led 3 mm rosso
LD2: led 3 mm verde
SD1: Connettore
SD-CARD
Varie:
- Plug alimentazione
- Connettore maschio
per POD10 verticale
- Connettore RJ45
con filtro (LF1S)
- Zoccolo 20+20 passo
doppio
- Zoccolo 14+14
- Zoccolo 7+7
- Zoccolo 4+4
- Strip maschio verticale
3 pin (6 pz.)
- Circuito stampato
codice S634
45
per una porta che utilizzeremo nel prosieguo per integrare un lettore di smartcard. Per il resto possiamo
osservare l'utilizzo dei pin
12, 9, 5 dell'HCT125 per
effettuare la conversione dei
livelli delle linee INT,
WOL, SO provenienti
dall'ENC28J60. La differenza più importante riguarda i pin utilizzati per la
EEPROM 24LC256. A differenza di quanto fatto nella
demoboard della Microchip
che ha sostituito il chip precedente con una memoria
avente interfaccia SPI, noi
abbiamo voluto mantenere
il bus I2C riservando il
modulo MSSP del PIC per
l'interfaccia
di
rete.
Abbiamo attestato le linee
dati (SDA) e di clock (SCL)
rispettivamente sui pin RB4
e RB2.
A questo punto è stato sufficiente sviluppare le istruzioni lato firmware necessarie alla lettura e scrittura
sequenziale su EEPROM
I2C traducendo la medesima
libreria XEEPROM che
avevamo utilizzato nel precedente
progetto.
Analizzando il listato ci si rende
conto che a livello di chiamate non
cambia assolutamente niente. Tutte
le differenze rimangono all'interno
delle funzioni richiamate.
Il C18 si presta a questo tipo di sviluppo permettendo il riutilizzo del
codice e quindi un'ottima produttività in progetti complessi. Molto
interessante è la possibilità di raggruppare delle funzioni generali in
apposite librerie che si possono
spostare ed integrare in altri progetti. Si pensi al caso delle funzioni di
comunicazione per dispositivi
OneWire che abbiamo descritto nel
precedente FTP-Client.
Analogamente la sostituzione
46
Fig. 4
dell'RTL8019 comporta delle
modifiche importanti nello stack
TCP/IP ma non una riscrittura radicale dello stesso. Per quanto riguarda lo schema circuitale, nell'immagine di pag. 44 si vede chiaramente
che per la parte di interfaccia è stata
utilizzata la configurazione di base
consigliata da Microchip.
ENC28J60:
l'implementazione
Come tutte le logiche digitali anche
questo chip presenta una serie di
registri ed una sintassi precisa per
l'invio di comandi. Premettiamo
che non abbiamo l'intenzione di
descrivere ogni singolo bit dei registri presenti (lo spazio ristretto non
ce lo permette) ma faremo una
panoramica di quelli più importanti
riassumendone la funzione e l'utilizzo. Per i dettagli rimandiamo
all'analisi del listato firmware.
Re g istr i
Innanzitutto c'è da dire che i registri
si suddividono in 3 gruppi fondamentali:
1) Registri di controllo;
2) Buffer di ricezione e trasmissione;
3) Registri del modulo PHY.
Analizziamoli separatamente.
1) Registri di controllo
Si tratta di registri che permettono
di configurare il chip e controllarne
lo stato. Essi sono organizzati in 4
banchi da 32 byte e sono direttamente accessibili attraverso il bus
SPI. In particolare essi vengono
denominati con il prefisso ET se
riguardano più propriamente l'interfaccia Ethernet, con MA se riguardano il modulo MAC e MI se
riguardano lo strato d'interfaccia tra
MAC e PHY (strato MII Media
Independent Interface).
Fondamentali sono i registri
ECON1 ed ECON2 che contengono i bit di configurazione dei vari
moduli. Nel gruppo MA troviamo,
ad
esempio
i
registri
MAADDR0..MAADDR5 che contengono i 6 byte che valorizzeremo
con l'indirizzo MAC che identifica
univocamente la nostra interfaccia.
Analogamente ci sono i MAAXML
e MAAXMH che determinano la
massima lunghezza dei frame
accettati dal nostro controller.
2) Buffer di ricezione e trasmissione
Un'area di memorizzazione di 8
kbyte è stata riservata alla conservazione dei pacchetti in entrata ed
uscita. Essa è accessibile attraverso
l'invio di due appositi comandi
(Read Buffer Memory e Write
Buffer Memory). Gli estremi delle
due aree sono configurabili attraverso degli appositi registri pertanto lo spazio di memorizzazione può
essere ottimizzato a seconda dell'utilizzo che si vuol fare dell'interfaccia. Ad esempio la coppia
ERXSTH:ERXSTL stabilisce il
puntatore all'indirizzo iniziale dell'area di ricezione mentre la coppia
ERXNDH:ERXNDL
stabilisce
quello finale. Il programmatore può
quindi gestire a proprio piacimento
la lunghezza dei buffer e la sua allocazione all'interno dell'area complessiva. Analogamente si sfrutta
un'apposito puntatore per ciascun
buffer in maniera da stabilire quale
sarà la locazione destinazione o
sorgente di un'operazione di scrittura o di lettura. Per chiarire il concetto si osservi Figura 4 nella quale
si rappresenta la trasmissione di un
valore AAh e la ricezione di un
valore 55h con l'indicazione di tutti
i registri coinvolti.
Attraverso il comando "Write
Buffer Memory" viene inserito
nella locazione puntata da
EWRPTH:EWRPTL il valore esadecimale AAh che verrà poi trasmesso in uscita, analogamente si
utilizza il comando "Read Buffer
Memory" per leggere la locazione
puntata da ERDPTH:ERDPTL che
contiene il valore ricevuto in
ingresso.
Nell'ENC28J60 troviamo anche un
controller DMA (Direct Memory
Address) che ci permette di velocizzare l'accesso alla memoria per il
calcolo del checksum sui pacchetti.
Vedremo in uno dei prossimi paragrafi come questa funzionalità è
stata inserita nel nuovo firmware
permettendoci di eliminare una routine che nella versione precedente
occupava delle risorse di sistema
preziose.
3) Registri del modulo PHY
Si tratta di 9 registri di controllo e
di stato relativi al modulo che
implementa il livello fisico, cioè
quello necessario ad interpretare i
segnali analogici provenienti dal
cavo di rete. I registri non sono
direttamente accessibili attraverso
l'interfaccia SPI; essi devono essere
impostati utilizzando lo strato MII
(Media Independent Interface)
implementato nel modulo MAC.
Nella pratica lo strato MII è rappresentato dal gruppo di registri di suffisso MI. Le operazioni di lettura e
scrittura devono avvenire indirettamente attraverso tali registri. Ad
esempio, se vogliamo leggere un
valore contenuto in un registro
PHY, dovremo prima scrivere il suo
indirizzo nel MIREGADR e valorizzare a 1 il bit MICMD.MIIRD.
Si avvia l'operazione di lettura
durante la quale viene mantenuto a
1 il bit MISTAT.BUSY. Non appena
quest'ultimo bit diventa zero è
necessario
azzerare
il
MICMD.MIIRD (l'operazione di
lettura dura circa 10 µs). A questo
punto si può leggere il valore a 16
bit in MIRDH:MIRDL. In pratica è
una sorta di indirizzamento indiretto che tutti coloro che utilizzano
l'assembly Microchip sicuramente
conoscono. Un'operazione similare
si ha anche quando è necessario
scrivere un valore in un registro
PHY. Un’applicazione interessante
che permette il controllo periodico
di un registro PHY si può attivare
valorizzando MIREGADR con il
suo indirizzo. Poi si mette a 1 il bit
MICMD.MIISCAN. A questo
punto la coppia MIRSH:MIRDL
viene automaticamente aggiornata
ogni 10us. Questo fatto permette
sicuramente di evitare un incremento di complessità nel firmware
quando è necessario controllare
continuamente lo stato di un determinato registro nel livello fisico.
Uno dei registri più interessanti del
modulo PHY è senz'altro il
PHSTAT2 (Physical Layer Status
Register 2) che permette di stabilire
se il link dell'interfaccia di rete è
attivo, se essa sta trasmettendo o
ricevendo, se si sono verificate collisioni.
Istr uzioni
Tutti i comandi necessari a far funzionare l'ENC28J60 vengono inviati dal PIC18F458 attraverso l'interfaccia SPI. In particolare il PIC utilizza la linea SI trasferendo le
sequenze e sincronizzandole con il
segnale di clock SCK. In pratica
ciascun bit viene trasmesso partendo da quello meno significativo in
corrispondenza del fronte di salita
di ciascun impulso di clock. Le
risposte dall'interfaccia, invece,
vengono trasmesse sulla linea SO
in corrispondenza del fronte di
discesa. La linea per la selezione
del dispositivo deve essere mantenuta a livello logico basso durante
ciascuna operazione e riportata a
livello logico alto al termine. Il fun- >
47
Tabella 2
Istruzione
Opcode
Argomento
Dati
RCR - Read Control Register
000
5 bit indirizzo
Nessuno
RBM - Read Buffer Memory
001
11010
Nessuno
WCR - Write Control Register
010
5 bit indirizzo
1 o più byte
WBM - Write Buffer Memory
011
11010
1 o più byte
BFS - Bit Field Set
100
5 bit indirizzo
1 byte
BFC - Bit Field Clear
101
5 bit indirizzo
1 byte
SC - System Command
110
11111
Nessuno
zionamento del chip è sempre sotto
il controllo del microcontrollore
esterno che utilizza una sintassi ben
precisa per comandarlo. Sul chip
sono state implementate 7 istruzioni che sono identificate da un
OPCODE iniziale formato da 3 bit.
I 5 bit successivi corrispondono
all'argomento passato che può essere l'indirizzo di un registro o un
valore. Nelle operazioni di scrittura
e di modifica dei bit di configurazione questo primo byte può essere
seguito da uno o più byte corrispondenti ai valori che si intendono trasferire al chip. Vediamo la Tabella 2
che riassume il set di istruzioni
completo. Analizziamo, quindi, una
sezione del nostro firmware per
vedere da vicino come queste istruzioni sono state implementate. La
più evidente modifica dello stack è
relativa alla sostituzione del modulo MAC.c con l'enc28j60.c. Le funzioni relative sono state completamente riscritte mantenendo nei
limiti la loro dichiarazione. In questo modo non è necessario riscrivere gli altri moduli che le richiamano. La struttura a livelli del modello ISO/OSI permette di effettuare
facilmente questo tipo di operazioni. Ciascun livello offre, infatti, una
serie di servizi a quello superiore
nascondendone i dettagli implementativi.
Analogamente quando abbiamo
sviluppato il protocollo FTP non
abbiamo fatto altro che intervenire
a livello "Application" inserendo le
nostre istruzioni in cima alla pila
senza andare a modificare il resto
della struttura. Per chiarire la situa48
zione si può immaginare una sorta
di grattacielo virtuale nel quale è
possibile aggiungere ulteriori piani
o fare manutenzione in quelli preesistenti. Le istruzioni viste nella
tabella precedente sono state prototipate dichiarando delle funzioni
static e definendo delle apposite
costanti per quanto riguarda gli
OPCODE.
Ad esempio per implementare la
lettura di un registro ethernet (una
specializzazione della RCR) si definisce la funzione:
static REG ReadETHReg(BYTE Address);
in cui il parametro di uscita REG
viene definito attraverso una union
all'interno del file enc28j60.h. In
questa definizione si precisano le
varie strutture che compongono
ciascun registro. Ad esempio, se
consideriamo i registri di controllo
ECON1 ed ECON2 si ricava la rap-
presentazione del Listato 1. Grazie
alla definizione di queste strutture
ogni volta che richiamiamo la funzione di lettura ed anche se utilizziamo registri differenti avremo la
giusta valorizzazione dei diversi bit
che li compongono e li potremo
referenziare direttamente attraverso
il relativo nome.
Se prendiamo ad esempio la funzione "MACIsTXReady" che viene
utilizzata ogni volta che è necessario inviare un frame in rete troveremo la implementazione descritta
nel Listato 2.
In pratica la funzione ritorna "false"
quando la precedente trasmissione
non è ancora terminata pertanto non
è possibile modificare i puntatori al
buffer di trasmissione. Non si fa
altro che verificare il bit 7 (TXRST)
del registro ECON1 che ha proprio
la funzione di segnalare se il buffer
in uscita risulta libero o meno. Tale
bit viene modificato direttamente
dalla "MACFlush" che attiva la trasmissione vera e propria. A parte le
modifiche necessarie per dialogare
con una struttura differente da quella presente nel chip Realtek, ci
preme sottolineare la possibilità di
sfruttare delle funzionalità integrate
che con il chip precedente dovevano invece essere sviluppate ex-novo
pesando sulle risorse di sistema.
LISTATO 1
typedef union _REG
{
BYTE Val;
struct {
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
} ECON2bits;
struct {
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
} ECON1bits;
} REG;
char
char
char
char
char
char
:3;
VRPS:1;
VRTP:1;
PWRSV:1;
PKTDEC:1;
AUTOINC:1;
char
char
char
char
char
char
char
char
BSEL0:1;
BSEL1:1;
RXEN:1;
TXRTS:1;
CSUMEN:1;
DMAST:1;
RXRST:1;
TXRST:1;
La definizione rispecchia la sequenza di bit
che troviamo in ciascuno dei due registri
secondo quanto stabilito nei datasheet del
ENC28J60.
LISTATO 2
BOOL MACIsTxReady(void)
{
return !ReadETHReg(ECON1).ECON1bits.TXRTS;
}
Una delle feature che abbiamo
apprezzato è senz'altro quella che
permette il calcolo del checksum a
16bit così come è descritto nella
RFC 793.
Si utilizza il controller DMA per
accedere direttamente alle aree di
memoria che contengono i pacchetti da verificare.
Questo permette di effettuare l'operazione in maniera più rapida e consumando meno risorse. Le nuove
istruzioni sono state inserite principalmente nella seguente funzione
che prende in ingresso il numero di
byte sui quali è necessario effettuare il calcolo :
firmware precedente (quello usato
nella basetta con l'RTL):
1) Sostituzione dello stack TCP/IP
con la versione 3.02;
2) Inserimento della funzione
enc28j60.c in sostituzione della
LISTATO 3
Si escludono i valori 0 e 1 (casi eccezionali) per cui
non è possibile utilizzare il controller DMA ritornando
direttamente il risultato dell'operazione.
WORD CalcIPBufferChecksum(WORD len)
{
WORD_VAL temp;
If (len == 0u)
return 0xFFFF;
else if (len == 1u)
return ~(((WORD)MACGet())<<8);
Valorizza i registri EDMASTH, EDMASTL con il puntatore al buffer in lettura. In pratica si definisce il primo
byte del pacchetto da controllare. Osservate il diagramma relativo al buffer di ricezione e trasmissione
nei paragrafi precedenti.
BankSel(ERDPTL);
temp.v[0] = ReadETHReg(ERDPTL).Val;
temp.v[1] = ReadETHReg(ERDPTH).Val;
WriteReg(EDMASTL, temp.v[0]);
WriteReg(EDMASTH, temp.v[1]);
Verifica se ci troviamo all'interno del buffer di ricezione che è circolare pertanto è necessario tornare
all'inizio (wrapping) nel momento in cui si raggiunge
l'estremo inferiore.
if(temp.Val >= RXSTART && temp.Val <= RXSTOP)
{
temp.Val += len-1;
Valorizza i registri EDMANDH, EDMANDL con l'indirizif(temp.Val > RXSTOP)
zo calcolato aggiungendo il valore passato alla fun{
zione (len) decrementato di 1 con l'estremo superiore
temp.Val -= RXSIZE;
corrispondente alla coppia di registri EDMASTH,
}
EDMASTL. In pratica si definisce l'ultimo byte del pac}
chetto da controllare.
else
{
temp.Val += len-1;
Avvia il calcolo mettendo a 1 i bit DMAST e CSUMEN.
}
Si noti che in questo caso si utilizza la funzione
BFSReg che implementa l'istruzione Bit Field Set alla
WriteReg(EDMANDL, temp.v[0]);
stessa stregua della ReadETHReg vista nel precedenWriteReg(EDMANDH, temp.v[1]);
te paragrafo.
WORD CalcIPBufferChecksum(WORD len)
Essa sostituisce completamente la
medesima funzione del precedente
progetto inclusa nel file Helpers.c.
In pratica per effettuare il calcolo si
valorizzano i registri EDMAST,
EDMAND affinché essi puntino al
primo e all'ultimo byte del pacchetto da controllare custodito nel buffer in RAM. Si avvia il calcolo mettendo a 1 i bit CSUMEN e DMAST
del registro ECON1 e si attende. Al
termine dell'elaborazione il controller mette a 0 il bit DMAST ed è
possibile leggere il valore calcolato
nei
registri
EDMACSH
e
EDMACSL. A questo punto il PIC
può utilizzare tale valore per inserirlo in un pacchetto o per confrontarlo con il checksum di un pacchetto ricevuto validandone così la
correttezza. Osserviamo più da
vicino il corrispondente Listato 3.
Questa che abbiamo analizzato è
soltanto una delle nuove funzionalità integrate nel chip ENC28J60 che
facilitano lo sviluppo del firmware
per l'interfaccia di rete.
Altre permettono (più
che di distribuire il carico di lavoro del PIC),
l'implementazione di
funzionalità particolari
BFSReg(ECON1, ECON1_DMAST | ECON1_CSUMEN);
while(ReadETHReg(ECON1).ECON1bits.DMAST);
}
temp.v[0] = ReadETHReg(EDMACSL).Val;
temp.v[1] = ReadETHReg(EDMACSH).Val;
return temp.Val;
come il filtro sui pacchetti in
ingresso. Tale operazione può risultare decisamente interessante se si
vuole sfruttare il Wake On-LAN. In
pratica si fa in modo che il nodo di
rete riconosca un particolare pacchetto (detto Magic Packet) a fronte del quale effettua una determinata operazione. Tipicamente si mantiene il PIC in stand-by e si utilizza
tale pacchetto per "risvegliarlo".
Diventa così possibile realizzare
sistemi a basso consumo alimentabili da batteria. Riassumiamo le
modifiche effettuate rispetto al
Attende il completamento dell'elaborazione.
Ritorna il valore calcolato leggendolo dalla coppia di
registri EDMACSH, EDMACSH.
MAC.c implementando le operazioni di livello MAC e mantenendo
nei limiti del possibile le medesime
dichiarazioni.;
3) Implementazione delle funzioni
relative al ricalcolo del checksum
dei pacchetti in maniera da distribuire il peso dell'elaborazione tra
PIC e chip di interfaccia anziché
farlo gravare tutto sulle limitate
risorse del microcontrollore;
4) Riscrittura della libreria XEEPROM.c mantenendo le medesime
dichiarazioni in maniera da evitare
la chiamata alle relative funzioni. >
49
Fig. 5
Grazie alla modularità dell'ambiente di sviluppo è stato possibile effettuare un lavoro preciso rimuovendo
le istruzioni incompatibili alla
nuova interfaccia sostituendole con
il nuovo sviluppo. Chiaramente tale
manutenzione è senz'altro meno
pesante di una riscrittura completa
come avverrebbe in ambienti meno
professionali.
Veniamo ora alla messa in funzione
del nostro dispositivo.
La messa in funzione
Le operazioni da effettuare sono in
pratica le stesse dell'altra volta. Le
ricordiamo per coloro che si avviciPer il
nano per la prima volta
a questo tipo di progetti. Innanzitutto è
necessario configurare
la basetta generando il
file binario eepftp.bin
da
inserire
nella
EEPROM che trovate
sul circuito. Per farlo
in maniera corretta utilizzate il software scaricabile gratuitamente
dal sito della rivista.
Inserite gli indirizzi IP
rispettivamente della
scheda (con relativa
subnet), del server
FTP da contattare, e
dell'eventuale gateway
utilizzato
(router
ADSL). Valorizzate
anche i campi relativi
alle credenziali (nome
utente e password)
necessarie per accedere al server
FTP ed i 6 byte dell'indirizzo MAC.
Al termine con un clic sul pulsante
"Genera" nella directory dalla quale
avete avviato il programma verrà
creato il file eepftp.bin necessario
alla configurazione della scheda.
Naturalmente fate attenzione ad
inserire dei dati congrui con la rete
nella quale state inserendo il dispositivo in quanto il software non
implementa dei controlli in tal
senso. Comunque, potete in qualunque momento modificare la configurazione staccando l'alimentazione, estraendo la memoria e riscrivendola con il nuovo file binario
generato. In secondo luogo per realizzare correttamente il campionamento della temperatura ambiente
dovete collegare sulla apposita strip
una sonda one-wire DS18B20 con
la relativa resistenza di pull-up. In
particolare per monitorare il corretto funzionamento del sistema collegate un led sul pin RA4 (se utilizzate un elemento da 5mm non è
necessario inserire la resistenza a
monte dello stesso a causa della
limitata corrente delle uscite del
PIC). Per chiarimenti si osservi lo
schema di Figura 5.
Il led sul RA4 risulterà intermittente durante il normale funzionamento mentre segnalerà con una accensione costante o spegnimento
costante una situazione anomala.
Importanti sono anche gli altri due
led presenti sulla scheda. Il led
rosso (pin LED1 dell'ENC) segnala
la presenza del link. La sua mancata accensione segnala che la basetta
è fuori rete. Il led verde (pin LED2
dell'ENC) segnala invece la trasmissione o la ricezione di un pacchetto. Fate sempre attenzione al
collegamento al PC che deve essere
effettuato con un cavo incrociato
affinché la coppia di trasmissione
corrisponda a quella di ricezione
della scheda del vostro computer e
viceversa. Se, invece, utilizzate un
Hub o uno Switch, potete tranquillamente usare un cavo dritto per
inserire la scheda nella vostra rete.
Potete utilizzare come memoria una
SD da 64MB o superiore. Inseritela
a fondo nello slot relativo.
MATERIALE
I componenti utilizzati in questo progetto sono facilmente reperibili in commercio. Il
connettore di rete con filtro integrato (LF1S) e l’integrato Microchip ENC28J60 (i due
componenti più critici) costano rispettivamente 7,00 e 9,80 Euro e sono presenti sul
catalogo Futura Elettronica.
50
Fig. 6
Collegate l'alimentazione. Il led di sistema dopo una
breve accensione deve iniziare a lampeggiare. Il led
rosso deve accendersi segnalando la presenza del link
sull'interfaccia di rete. A questo punto potete effettuare un ping sull'IP relativo e verificare l'accensione del
led verde durante la ricezione dei pacchetti. Lo schermo del PC dovrà presentare le risposte da parte della
scheda come si vede in Figura 6. Per sperimentare lo
scaricamento dei dati potete utilizzare tranquillamente
l'FTP Server gratuito che abbiamo descritto il mese
scorso. Nella realizzazione fate attenzione alle saldature in maniera da evitare sbavature soprattutto sulle
linee delle due interfacce SPI (quella dell'ENC e quella della SD).
Conclusioni
Siamo così giunti al termine del nostro progetto di migrazione sulla piattaforma rappresentata dal nuovo chip
ENC28J60. Abbiamo visto alcune caratteristiche interessanti di questo chip descrivendone il funzionamento e
soffermandoci su quelle che sono le feature più interessanti e lo sviluppo necessario a sfruttarle in maniera corretta. Riassumendo possiamo dire che la migrazione
offre una serie di vantaggi significativi:
1) Il chip ha una piedinatura molto meno fitta e numerosa rispetto al RTL8019 quindi è molto più semplice
disegnare e realizzare il circuito;
2) Il chip presenta un'interfaccia di comunicazione e
controllo composta soltanto da 4 linee (le altre 3 non
sono obbligatorie per il normale funzionamento) pertanto i pin liberi del PIC possono essere utilizzati per
altre funzioni;
3) Le funzioni di interfacciamento sono raggruppate in
sette istruzioni molto semplici da implementare rendendo lo sviluppo firmware molto più facile;
4) Il chip ha una serie di funzionalità implementate
attraverso dei registri specifici che permettono di distribuire il carico di lavoro sgravando le limitate risorse del
PIC;
5) Il chip offre ulteriori funzionalità come WOL e filtro
dei pacchetti che possono essere usate per particolari
implementazioni.
Non ci resta che dare sfogo alla fantasia per sfruttare
appieno le nuove potenzialità di questo chip in attesa
della disponibilità di un PIC con un modulo Ethernet già
implementato al proprio interno!
51
!
Elettronica
Innovativa
di
Alessandro Zupo
Sveliamo i segreti di
questo dischetto
magico che spesso viene
scambiato per un CD o
addirittura per un
barattolo promozionale…
Nulla di tutto questo!
Si tratta dell’In-Circuit
Debugger 2 (ICD2) di
Microchip, la soluzione
“All-in-one”, debugger
più programmatore per i
microcontrollori
PICmicro:
è il tool ideale per i
progettisti
dal budget limitato.
e siete appassionati di programmazione e volete
qualcosa di più di un semplice programmatore,
questo dispositivo fa sicuramente per voi: l'ICD2 è un
versatile ed economico programmatore/debugger prodotto direttamente da Microchip in grado di lavorare
con varie famiglie di micro PIC. Esteriormente si presenta con una forma cilindrica, simile ad un barattolo
per creme abbronzanti: in realtà l’interno è un concentrato di tecnologia! Per il collegamento al PC sono disponibili due porte, una USB 2.0 ed una seriale standard
RS232. Nel caso si utilizzi la connessione USB non è
necessario alimentare il dispositivo (vengono sfruttati i
5 V presenti sulla USB) mentre nel secondo caso bisogna fare ricorso ad un alimentatore esterno (non compreso nella confezione). Per la programmazione in-circuit è presente un plug a 6 poli del tutto simile a quelli
telefonici.
Il sistema va inserito tra il PC utilizzato ed il dispositivo in sviluppo. Ciò consente al programmatore di selezionare le variabili da monitorare e di impostare i
breakpoint direttamente dal codice sorgente C o
assembly ed eseguire passo passo le istruzioni. Il segre- >
53
L’ICD2 dispone per il collegamento al PC di una porta
USB2.0 e di una porta RS232 standard.
to di questo sistema di sviluppo risiede in due linee
hardware di controllo che permettono la programmazione in-circuit e il debugging del programma (tramite
un firmware proprietario che viene scaricato nel micro
e attivato in fase di verifica del codice). Le risorse del
microcontrollore necessarie per il debugging sono
minime e includono un livello di stack, l'utilizzo di
alcuni registri, e una piccolissima parte di memoria programma. I breakpoint possono essere impostati in punti
specifici per bloccare l'esecuzione ed il programma può
essere eseguito passo-passo o a velocità normale.
All'arresto i dati ed il programma possono essere letti e
modificati. Il sistema è compatibile con le famiglie
PIC10/12F, PIC16F, PIC18F e dSPIC30F.
Il firmware del dispositivo è residente in una memoria
flash, facilmente aggiornabile on-line grazie alle risorse messe a disposizione da Microchip.
Come abbiamo visto l'ICD2 può essere collegato al PC
tramite USB o RS232; la differenza sostanziale è che
nell’USB, oltre alle due linee di comunicazione ci sono
altre due linee di alimentazione che forniscono una tensione di 5V con una corrente massima di 500 mA. Ciò
consente al dispositivo di funzionare senza dover fare
ricorso ad una fonte di alimentazione esterna. Con questa configurazione, tuttavia, la basetta target non deve
assorbire più di 200-300 mA.
L’ICD2 si connette alla scheda target mediante un con-
Il programmer/debugger ICD2 va inserito tra il PC ed il dispositivo in sviluppo. Qualora venga sfruttata la porta
USB non è necessario utilizzare un alimentatore esterno ma la target-board non deve assorbire più di 200-300
mA. Questa limitazione non esiste alimentando separatamente la board o utilizzando la connessione RS232 ed
un alimentatore esterno. Il collegamento dell’ICD2 alla target- board richiede l’osservanza di semplici regole
hardware. È necessario innanzitutto prevedere una resistenza di pull-up tra MCLR e Vdd (tipicamente da 10
kOhm) al fine di assegnare lo stato di RUN al microcontrollore. È anche importante evitare resistenze di
pull-up, capacità verso massa e diodi in serie alle linee PGC, PGD nonché capacità sulla linea Vpp.
54
nettore RJ-12 a 6 poli sul quale sono presenti i segnali
PGD, PGC, Vss, Vdd e Vpp/MCLR. Il collegamento
dell’ICD2 alla target board richiede l’osservanza di
semplici regole hardware. È necessario innanzitutto
prevedere una resistenza di pull-up tra MCLR e Vdd
(tipicamente da 10 kOhm) al fine di assegnare lo stato
di RUN al microcontrollore. È anche importante evitare resistenze di pull-up, capacità verso massa e diodi in
serie alle linee PGC, PGD nonché capacità sulla linea
Vpp. Come già accennato, la funzionalità In-CircuitDebugger occupa alcune risorse del micro:
- La linea Vpp in fase di programmazione.
- La linea MCLR necessaria al reset del micro.
- Le linee RB6 e RB7 utilizzati sia per la programmazione che per il debugging.
- Un livello dello stack, alcuni registri ed un piccolo
banco di memoria durante il debug.
L’utilizzo della tecnologia ICD presenta perciò alcune
limitazioni:
- L’utilizzo di risorse interne quali I/O, memoria dati e
stack.
- Le operazione di breakpointing sono limitate alle
caratteristiche interne della logica di debug integrata
dal micro.
- Il micro sotto test deve essere alimentato ed avere un
clock valido per consentire l’operazione di debug.
Nonostante ciò i vantaggi di tale tecnologia sono indubbi e possono essere così riassunti:
- Costo contenuto.
- Nessun hardware aggiuntivo.
- Possibilità di debug e programmazione direttamente
in fase di produzione.
- Nessun particolare zoccolo o adattatore.
Microchip propone l’In-Circuit Debugger 2 in due differenti versioni: la prima comprende esclusivamente il
modulo ICD2 ed il cavo USB, la seconda include anche
il cavo RS232, l'alimentatore e una DemoBoard.
Quest’ultima versione può rivelarsi molto utile specialmente per quanti sono alle prime esperienze con la programmazione dei microcontrollori. Tutti potranno invece apprezzare l’utilità del debug, sia durante la scrittura del firmware, sia come test finale, abbreviando così i
tempi di sviluppo del progetto. Nella confezione base è
anche presente un cavo USB, il cavo RJ-12 ed il CD
con l’MPLAB-IDE nell’ultima versione disponibile. In
ogni caso la versione aggiornata del software di sviluppo può essere scaricata gratuitamente dal sito
Microchip (www.microchip.com). Attualmente la versione disponibile è la 7.31.
Allo stesso modo è possibile aggiornare il firmware del
programmatore/debugger ICD2 (FW08) per consentire
di migliorare le prestazioni o poter operare con nuovi
dispositivi. A tale proposito, ricordiamo che recentemente è stata rilasciata una nuova release del firmware
con lo scopo di ottimizzare le prestazioni in fase di
debug e programmazione con i seguenti dispositivi:
PIC16F785,
PIC16F68X/690,
PIC16F636/639,
PIC12F635/683 e PIC16F91X/946.
Il tool ICD2 può essere acquistato on-line (www.futurashop.it) al prezzo di 204,00 Euro (IVA inclusa).
55
on-line
Servizio on-line di vendita moduli Aurel con spedizione in 24/48 ore.
Modello
Ricevitore superterodina FM 433 MHz
NEW
Economico ricevitore supereterodina FM di dati digitali modulati in FSK operante alla frequenza di 433,92 MHz. Elevata selettività e sensibilità garantiscono ottime prestazioni di immunità ai disturbi. Bassa tensione di uscita in assenza di portante. In
accordo con le Normative Europee.
RX-4MF1
Euro 15,00
Alimentazione: 5V; consumo: 6mA; frequenza: 433.92MHz; sensibilità: -111dBm; banda passante RF a -3dB: 600kHz; banda passante IF a 3dB: 70 kHz; dimensioni: 40 x 17,4 x 5,5mm.
Modello
AC-RX2
Euro 5,00
Ricevitore per HCSxxx -1106 dBm
Ricevitore a radiofrequenza ad alta sensibilità e basso costo ottimizzato per essere utilizzato con la famiglia HCSxxx
Microchip. Condensatore variabile, basso assorbimento, alta immunità ai disturbi di alimentazione e bassa radiazione in
antenna. In accordo con le Normative Europee.
Alimentazione: +5V; consumo: 2.5mA; frequenza: 433.92MHz; sensibilità: -106 dBm; dimensioni: 38,1 x 12,3 x 3mm.
Modello
TX-8L25IA
Euro 13,00
NEW
Trasmettitore SAW 868 MHz con antenna
NEW
Modulo trasmettitore SAW con antenna integrata, ideale per applicazioni ove sia richiesta la massima potenza irradiabile e
il minimo ingombro in termini di spazio occupato.
Alimentazione: 3V; consumo: 2.5mA (con duty cycle 50%); frequenza: 868,3MHz; potenza di uscita (E.R.P.): 25mW; emissione RF spurie:
-50dB; frequenza di modulazione: 5kHz; dimensioni: 56 x 18,5 x 5mm.
Modello
Ricetrasmettitore lungo raggio 2,4 GHz
NEW
Il transceiver a lungo raggio XTR-CYP-24 implementa il modulo Cypress CYWM6935 LRTM 2.4GHz DSSS Radio SoC e ne
aumenta la potenza RF (ERP) fino a 15 dBm (rispetto a 0 dBm del modulo originale) consentendo di raggiungere una portata
di circa 150 metri. Opera nella banda libera ISM (Industrial, Scientific and Medical) a 2.4GHz e offre un sistema radio completo per l’integrazione in dispositivi nuovi o esistenti. Soluzione ideale per automazione domestica e industriale.
XTR-CYP-24
Euro 22,00
Alimentazione: 3,3V; consumo: 0,25 µA (stand-by) - 60mA (RX mode) - 100mA (TX mode); modulazione: GFSK; sensibilità in ricezione:
-95dB; potenza RF (ERP) in trasmissione: 10mW; numero di canali: 78; larghezza canale: 1MHz; dimensioni: 35 x 25mm.
Modello
XTR-7020A-4
Euro 38,00
NEW
Ricetrasmettitore multicanale
Il transceiver multicanale XTR-7020A-4 rappresenta una ulteriore soluzione semplice ed economica al problema della ricetrasmissione dati in radiofrequenza. Il microprocessore integrato incapsula i dati entranti in logica TTL RS-232 in pacchetti
evitando all'utente la necessità di scrivere routine software per la gestione della ricetrasmissione. L’ XTR-7020A-4 permette,
tramite la programmazione di registri interni, la gestione della canalizzazione (10 canali sulla banda a 434MHz), della velocità dei dati seriali (9600-19200-38400-57600-115200 bps, impostabili tramite pin di input) e della potenza RF irradiata (da
-8 a +10 dBm). Soluzione ideale per automazione industriale, radio modem, controllo accessi.
Caratteristiche
Modello
Sensibilità
Vdc RF
Frequenza
Ricetrasmettitori radio FM ad alta velocità
Velocità di
trasmissione
XTR-434
+5V
-100 dBm
433.92 MHz 100 Kbps
XTR-434L
+5V
103 dBm
433.92 MHz 50 Kbps
XTR-869
+5V
-100 dBm
869.95 MHz 100 Kbps
Moduli ricetrasmettitori operanti sulle bande 434/869
MHz. Elevata immunità ai campi elettromagnetici interfeEuro 38,00 renti ed elevata potenza di trasmissione. Due limiti di
baud-rate per ottimizzare le singole esigenze di ricetraEuro 38,00
smissione dati. Scambio RX/TX ultravoce. Conforme alle
Euro 44,00 Normative Europee EN 300 220, EN 301 489 e EN 60950.
Caratteristiche
Modello
Link seriali di ricetrasmissione, radiomodem
Vdc
Frequenza
Potenza
d’uscita
Portata
WIZ-434-SML-IA/5V
+5V ~30 mA
433,92 MHz
3mW
~100 m
Euro 66,00
WIZ-434-SML-IA/12V
+9÷15V ~30 mA
433,92 MHz
3mW
~100 m
Euro 66,00
WIZ-869-TRS
+9÷15V ~30 mA
869,85 MHz
3,3mW
~100 m
Euro 70,00
WIZ-903-A4
+5V ~40 mA
433-434 MHz
0.1÷3mW
~100 m
Euro 44,00
WIZ-903-A8
+5V ~40 mA
868-870 MHz
0.1÷3mW
~100 m
Euro 38,00
XTR-903-A4
0÷3V ~40 mA
433-434 MHz
0.15÷10mW
~100 m
Euro 38,00
XTR-903-A8
0÷3V ~40 mA
868-870 MHz
0.15÷10mW
~100 m
Euro 44,00
Moduli ricetrasmettitori
ideali per sostituire un collegamento seriale via cavo
mediante una connessione
wireless RF half-duplex con
velocità di trasmissione
seriale selezionabile tra
9600, 19200, 57600 e
115200 bps.
Disponibili per le bande
434/869 MHz; l’antenna
risulta integrata sul circuito
stampato.
Informazioni, datasheet e ordini on-line: www.futuranet.it
È un'iniziativa: Futura Elettronica Via Adige, 11 - 21013 Gallarate (VA) - Tel. 0331/799775 - Fax. 0331/778112 - email: [email protected]
!
Elettronica
Innovativa
di
Carlo Tauraso
Radiocomando a 12 canali con codifica rolling-code
facilmente realizzabile da chiunque ed utilissimo in
numerose occasioni. Questo progetto ci fornisce la
possibilità di approfondire le conoscenze dell'encoder
HCS301 della Microchip al fine di sfruttarne tutte
le potenzialità. Il ricevitore può utilizzare
moduli radio funzionanti in AM o FM
e può essere controllato
anche mediante TX a uno,
due o tre canali.
Prima puntata.
uesto progetto, un ricevitore radio a 12 canali
controllabile mediante il trasmettitore radio palmare TX-12C (ma anche mediante numerosi altri
modelli Aurel), ci permetterà di vedere più da vicino i
meccanismi che stanno dietro alla realizzazione di quei
sistemi denominati RKE (Remote Keyless Entry).
Comunemente vengono utilizzati per automatizzare l'apertura di cancelli, garage, portiere dell'automobile ecc.
L'inserimento di algoritmi crittografici basati su funzioni non-lineari e chiavi a 64 bit permettono di rendere tali dispositivi sicuri dal "grabbing" delle sequenze
trasmesse e da eventuali manipolazioni delle stesse da
parte di qualche malintenzionato. L’elevato numero di
canali previsti consente di utilizzare questo sistema per
sostituire il classico mazzo di chiavi e di automatizzare
carichi di tipo differente (quante volte avremmo voluto
utilizzare lo stesso trasmettitore con cui abbiamo aperto il garage per attivare le luci o disinserire l’antifurto?). Abbiamo pensato, quindi, di realizzare un ricevitore a 12 canali basato su un microprocessore a 8 bit
della Microchip (un normale PIC, per intenderci) in
grado di funzionare con diverse tipologie di telecoman- >
57
Fig. 1
di Aurel. Il ricevitore prevede anche
la possibilità di utilizzare due differenti moduli di ricezione operanti a
433,92 MHz (RX-AM4SF e
RX4M50FM60) in maniera da
coprire sia i telecomandi operanti in
AM che in FM. Il progetto nasce
principalmente per l'utilizzo con il
trasmettitore a 12 canali in AM con
modulazione OOK (TX-12CH),
però può essere esteso a quelli a 1,
2, 3 canali (HCS-TX1, HCS-TX2,
HCS-TX3). In questa prima puntata descriveremo la realizzazione del
decoder mentre lasceremo alle
prossime due alcune considerazioni
sulla sicurezza di tali sistemi con lo
sviluppo di un programmatore specifico per personalizzare il funzionamento
dei
telecomandi.
Premettiamo, infatti, che normalmente questi ultimi vengono commercializzati in modalità non parametrizzata. Questo significa che
l'encoder inserito nel trasmettitore
non è programmato e ciò può andar
bene per un utilizzo sperimentale
ma non permette assolutamente
l'inserimento in un contesto di sicurezza. Due campi fondamentali per
rendere sicura la trasmissione tra
telecomando e decoder vengono
lasciati a 0 e quindi risulterebbe
piuttosto semplice per un malinten-
zionato clonare il trasmettitore o
decifrare le informazioni inviate. In
secondo luogo analizzeremo l'introduzione di un ulteriore livello di
sicurezza chiamato "Envelope
Encryption" che permette di cifrare
l'intera sequenza inviata dal telecomando anziché soltanto una parte.
La sicurezza verrà garantita da l'uso
di una coppia di chiavi di cifratura
che saranno usate per nascondere
rispettivamente l'identificativo del
telecomando e le informazioni
inviate. L'attivazione dei carichi nel
nostro decoder permetterà l'utilizzo
sia in modalità "toggle" che attraverso la predisposizione di un timer
Tabella 1
Nome Campo
Lunghezza
Descrizione
REPEAT BIT
1
Questo bit viene valorizzato a 0 nel momento in cui si trasmette la prima sequenza successiva alla pressione del tasto.
Mantenendolo premuto il sistema continua ad inviare i 66bit ma valorizza tale bit ad 1 identificando la sequenza come
ripetuta.
VLOW BIT
1
Il telecomando è provvisto di una batteria che tende a scaricarsi, pertanto è possibile configurare l'HCS in maniera
tale che valorizzi ad 1 questo bit nel momento in cui la tensione di batteria scende sotto un certo valore.
BUTTON STATUS
4
Rappresenta i livelli logici dei 4 pin S0,S1,S2,S3 del HCS corrispondenti al tasto che viene premuto. Nei telecomandi con molti canali generalmente è presente un microcontrollore che modifica lo stato logico di queste 4 linee sulla
base del codice proveniente dalla tastiera.
SERIAL NUMBER
28
Identifica univocamente il telecomando a 28bit. È indispensabile che tale valore venga memorizzato dal decoder in
maniera che esso riconosca il telecomando che gli sta inviando le sequenze scartando tutti i pacchetti provenienti da
altri trasmettitori.
BUTTON STATUS
4
OVR BITS
2
DISCRIMINATION VALUE
10
SYNCRONIZATION COUNTER
58
16
Rappresenta i livelli logici dei 4 pin S0,S1,S2,S3 del HCS corrispondenti al tasto che viene premuto. Qui si trovano nella
sezione cifrata quindi possono rappresentare un primo valore di controllo della correttezza della decifratura.
Questi due bit permettono di estendere i possibili valori del "syncronization counter". Quest'ultimo è lungo 16 bit e
viene usato come seme per la generazione del blocco cifrato. Quindi lo stesso codice si ripeterà ogni 65.536 trasmissioni. Se consideriamo circa 10 attivazioni al giorno il valore così costituito ci dà un'autonomia di quasi 18 anni.
Nel caso ciò non sia ritenuto sufficiente è possibile allungare il codice di 2 bit. In particolare al momento della programmazione i due bit vengono posti a 1 e l'HCS li azzererà partendo dal meno significativo ogni volta che il "syncronization counter" raggiungerà il suo valore massimo. In questo modo si raggiunge un'autonomia tre volte superiore al
caso precedente (196.608 trasmissioni).
Questo valore viene utilizzato per validare la sequenza cifrata ricevuta. Generalmente viene valorizzata con i 10bit
meno significativi del numero seriale. In pratica il decoder decifra il blocco a 32 bit e confronta questi 10 bit con quelli corrispondenti del numero seriale stabilendo in questo modo se l'operazione di decifratura è andata a buon fine.
Questo valore viene incrementato ad ogni trasmissione generando quindi una nuova sequenza ogni volta che viene
premuto il tasto del telecomando. A seguito della cifratura con la chiave a 64bit le informazioni inviate dal telecomando sembrano a prima vista casuali e rendono quindi più difficile l'intercettazione e la ritrasmissione. ll decoder, infatti,
controlla che il codice inviato sia sequenziale rispetto a quello precedente considerando come non validi valori inferiori o superiori ad un certo range chiamato finestra di sincronizzazione.
Il nostro sistema utilizza il trasmettitore a 12
canali TX-12CH dell’Aurel ma può funzionare
anche con i modelli “ovo” a 1, 2 e 3 canali.
di accensione. Per comprendere
meglio il tipo di "lavoro" svolto dal
circuito iniziamo dalla descrizione
delle informazioni che deve essere
in grado di elaborare.
L'encoder HCS301
Il telecomando a 12 canali utilizzato in questo progetto, si basa su un
componente prodotto da Microchip
denominato HCS301. Si tratta di un
encoder rolling-code che invia una
sequenza a 66 bit composta rispettivamente da 6 bit informativi, 28 bit
Fig. 2
di numero seriale e 32 bit generati
attraverso un algoritmo di cifratura
non lineare. I trasmettitori nei sistemi "low-end" normalmente inviano
un identificativo numerico costante
ad ogni pressione del tasto di attivazione e ciò espone il sistema a due
attacchi piuttosto semplici da
implementare denominati "grabbing" e "scanning". Nel primo caso
un malintenzionato intercetta la
sequenza inviata e la ripropone in
un secondo momento. Nel secondo
caso invece si trasmettono tutti i
possibili codici identificativi in
sequenza finchè non si riesce a trovare quello conosciuto dal decoder.
Utilizzando una sequenza a 66 bit è
chiaro che quest'ultimo attacco
risulta un pò difficile da realizzare
visto che se inviassimo anche 1000
sequenze al secondo ci vorrebbero
diversi milioni di anni per esaurire
l'insieme di tutti i possibili codici.
In secondo luogo questo encoder
utilizza una tecnologia KEELOQ
che permette di rendere ciascuna
trasmissione unica in maniera da
rendere inutilizzabili l'intercettazione e la ritrasmissione di codici già
inviati. L'algoritmo di cifratura elabora blocchi a 32 bit e usa chiavi a
64 bit per oscurare le informazioni
trasmesse, quindi se il codice inviato differisce anche di un solo bit
rispetto al precedente, la sequenza
inviata sarà completamente differente. In pratica il sistema si basa
sull'incremento sequenziale di un
campo a 16 bit chiamato
"Syncronization Counter" che
viene utilizzato come seme per l'algoritmo di cifratura. Utilizzando un
seme sempre diverso ed una chiave
a 64 bit, il blocco a 32 bit inviato
cambierà ad ogni pressione del
tasto del telecomando. Chiaramente
la chiave di cifratura verrà condivisa tra l'encoder ed il decoder realizzando un sistema simmetrico per
cui la stessa chiave viene utilizzata
sia per la cifratura che per la decifratura. Naturalmente l'encoder prevede 4 pin per codificare l'informazione di attivazione dei carichi pertanto tutti i sistemi basati sull'HCS
possono al massimo comandare 16
canali anche se formalmente la
sequenza a 0 non viene considerata.
Ma vediamo in Figura 1 la sequenza inviata da un HCS301 e la sua
pinout.
Come si vede dallo schema, la
sequenza viene inviata partendo dal
bit meno significativo e si compone
di due parti fondamentali: una fissa
a 34 bit trasmessa in chiaro ed una
cifrata a 32 bit.
Premettiamo che questa sequenza
prevede una configurazione di base
dell'HCS visto che è possibile utilizzare la modalità "Envelope
Encryption" che permette di cifrare
anche i 34 bit iniziali. Vediamo di
descrivere i vari campi per capirne
le funzionalità (vedi Tabella 1).
In Figura 2 è possibile osservare il
layout del chip relativo all'encoder
che si può facilmente identificare
all'interno del telecomando utilizzato nel progetto.
I pin 1, 2, 3, 4 permettono di precisare il canale da attivare sul
decoder.
Il pin 6 rappresenta la linea in uscita verso il modulo radio di trasmissione mentre il pin 7 viene utilizzato per comandare il led di segnalazione presente su ogni telecomando.
Naturalmente il valore assegnato ai
campi trasmessi dipende da come
viene programmato l'encoder. In
questa prima fase immaginiamo
che il telecomando in questione non
sia parametrizzato.
Si tratta di una situazione comune
al momento dell'acquisto dello stesso. Realizzeremo il decoder e
vedremo il suo funzionamento in
tale modalità per poi confrontarne il
diverso
comportamento
nel
momento in cui implementeremo la
programmazione dell'HCS e l'atti- >
59
Fig. 3
vazione dei vari livelli di sicurezza.
Avere un telecomando non parametrizzato significa che la chiave a 64
bit, il numero seriale e il discriminante sono tutti a 0. Bisogna tenere
ben presente questo fatto quando
considereremo la fase in cui il
decoder apprende quali sono i telecomandi riconosciuti (Learning) e
quella di controllo di congruenza
della trasmissione (Match).
Le sequenze da 66 bit vengono trasferite sotto forma di treni di impulsi PWM (Pulse Width Modulation)
ad un apposito modulo trasmittente
che le modula in AM.
Dopo aver visto quali sono le informazioni trasmesse dal telecomando, riassumiamo in Figura 3 le linee
funzionali che il decoder deve essere in grado di gestire.
Possiamo quindi dire che il firmware del nostro decoder dovrà prevedere 5 fasi fondamentali:
1) Ricezione dati: il PIC deve
ricevere gli stream PWM demodulati e salvare opportunamente i
diversi campi della sequenza da
66 bit;
2) Verifica numero seriale: il PIC
deve ricercare nella EEPROM il
numero identificativo del telecomando che ha effettuato la trasmissione. In pratica si effettua il
confronto tra il valore ricevuto e
60
quello memorizzato nella fase di
"learning";
3) Decifratura: si effettua la decifratura del blocco a 32 bit attraverso un apposito algoritmo che prevede in ingresso il blocco come
seme ed una chiave a 64 bit che
viene per sicurezza salvata nella
memoria del PIC. Al termine di
questa elaborazione si dispone di
32 bit in chiaro composti da 4 bit
di Status, 2 bit di overflow, 10 bit
relativi al discriminante, ed infine
16 bit relativi al contatore di sincronizzazione. Si può, quindi prevedere due controlli preliminari
sui bit di status e sul discriminante che devono essere identici ai
relativi gruppi di bit della sezione
in chiaro.
4) Verifica sincronizzazione: il
valore di sincronizzazione ricevuto viene confrontato con il valore
precedentemente salvato. I due
devono risultare consecutivi, in
particolare quello ricevuto non
deve superare la finestra di sincronizzazione. Nel caso di sistemi
non parametrizzati è chiaro che
questo controllo può comportare
qualche problema. Se, infatti, due
telecomandi hanno il medesimo
seriale (ricordiamo che vengono
venduti tutti a 0), nella fase di
learning il decoder non è in grado
di discriminare i due
dispositivi e quindi
memorizza
l'ultimo
valore di sincronizzazione ricevuto. È chiaro che per un utilizzo
corretto è necessario
programmare i telecomandi con seriali differenti.
È necessario, inoltre,
prevedere una ulteriore
fase di apprendimento
che ci permetterà di far
acquisire al microcontrollore le informazioni
necessarie e sufficienti
ad identificare ciascun
telecomando. In pratica il circuito
verrà posto in una modalità di attesa aprendo il jumper J1 nel momento in cui si alimenta la basetta. In
tale modalità dovremo premere uno
dei tasti del telecomando affinché
venga trasmesso il numero seriale
identificativo del chip HCS301 al
microcontrollore. Quest'ultimo lo
memorizzerà all'interno della
EEPROM assieme al valore di sincronizzazione. Usciti dalla fase di
apprendimento (e chiudendo il jumper J1) il circuito sarà pronto a ricevere i comandi di attivazione soltanto dai telecomandi riconosciuti,
cioè quelli che risultano memorizzati all'interno della EEPROM e
scarterà tutti gli altri. Bisogna precisare che se si utilizzano dei telecomandi non parametrizzati è chiaro che tutti avranno il medesimo
identificativo pertanto verranno
riconosciuti direttamente a seguito
dell'apprendimento di uno solo di
essi.
Il circuito
Il ricevitore a 12 canali utilizza un
microcontrollore PIC16F877 programmato miscelando sapientemente un po’ di PICBasic ed un po’
di Assembler. Proprio l'utilizzo di
questo micro e del PICBasic differenzia il nostro circuito da altri
schemi pubblicati in rete o nelle
Application Notes di Microchip. Se
a questo affianchiamo l'alto numero
di canali e la possibilità di personalizzare il livello di sicurezza del
sistema riprogrammando i telecomandi utilizzati, scopriamo che pur
nella sua semplicità il nostro progetto può rappresentare un valido
punto di partenza verso la realizzazione di un RKE dalle caratteristiche professionali. Partiamo considerando il modulo di ricezione. Si
tratta di un ricevitore supereterodina (RX-AM4SF) operante sulla frequenza di 433,92 MHz in AM. I
dati digitali ricevuti in OOK vengono demodulati e trasferiti sul pin14
sotto forma di stream PWM. La
sensibilità del modulo (-109dBm) è
definita attraverso il livello logico
presente sul pin 11. Per questo progetto non utilizziamo la possibilità
di monitorare la vicinanza dell'oggetto trasmittente (attivabile solo in
bassa sensibilità). È evidente che in
un ambito di sicurezza sarebbe possibile fare verificare al decoder non
solo l'identificativo del telecomando ma anche la presenza dello stesso in un certo raggio (magari monitorato da una telecamera). Nel
nostro caso il pin RSSI rimane isolato. Il modulo è stato collegato
attraverso una serie di contatti che
permettono un facile inserimento
nonchè l'eventuale sostituzione con
l'RX4M50FM60F che utilizza la
medesima pinout. In questo modo
potremo utilizzare dei telecomandi
operanti in FM. La modulazione e
demodulazione dei dati digitali
avviene con due modalità differenti
(OOK e FSK) ma lo stream PWM
in uscita ha le medesime caratteristiche. Il nostro circuito prevede
una tensione di alimentazione di
12V in continua necessaria per la
gestione dei relè che controllano i
carichi in uscita. Dai 12V ricaviamo, attraverso il solito 7805, la tensione necessaria alla logica e al
modulo ricevente. Per segnalare lo
Schema
Elettrico
stato del circuito utilizziamo due
led di segnalazione collegati alle
linee RC6 e RC7 del PIC. Come
oscillatore utilizziamo un quarzo a
4MHz che risulta essere più che
sufficiente per gestire tutte le funzioni necessarie. In particolare questa scelta ci ha permesso di riutilizzare, adattandole, delle routine di
ricezione pubblicate da Microchip
senza doverle modificare radicalmente. Il codice in questione, infat-
ti, risulta sincronizzato sulla base di
questa frequenza di clock e la
sequenza di istruzioni è calcolata in
base alla velocità di esecuzione
delle stesse. In questo modo ci
siamo concentrati sullo sviluppo
più interessante relativo alla decifratura delle informazioni, l'implementazione dei controlli di congruenza, della fase di apprendimento e della gestione dei carichi. Il circuito è dotato di una EEPROM >
61
PIANO DI
montaggio
ELENCO COMPONENTI:
R1: 10 kohm
R2: 1 kohm
R3: 10 kohm
R4: 4,7 kohm
R5: 1 kohm
R6: 10 kohm
R7: 4,7 kohm
R8: 1 kohm
R9: 10 kohm
R10: 4,7 kohm
R11: 1 kohm
24LC256 che utilizziamo per
memorizzare i dati identificativi di
ciascun telecomando. Essa viene
popolata durante la fase di apprendimento attraverso record di 8 byte
per ciascun trasmettitore quindi il
sistema ha la possibilità di riconoscere numerosi dispositivi (qualche
migliaio) coprendo le necessità di
buona parte delle applicazioni possibili. Sulla basetta abbiamo dispo62
R12: 10 kohm
R13: 4,7 kohm
R14: 1 kohm
R15: 10 kohm
R16: 4,7 kohm
R17: 1 kohm
R18: 10 kohm
R19: 4,7 kohm
R20: 1 kohm
R21: 10 kohm
R22: 4,7 kohm
sto anche un piccolo switch che
viene utilizzato per forzare il reset
della memoria di "learning". In pratica mantenendolo premuto durante
l'accensione del circuito il sistema
cancella l'intera lista di dispositivi
riconosciuti azzerando i relativi
record. In tal caso sarà necessario
effettuare un'ulteriore operazione di
apprendimento altrimenti il sistema
scarterà tutte le sequenze ricevute.
R23: 1 kohm
R24: 10 kohm
R25: 4,7 kohm
R26: 1 kohm
R27: 10 kohm
R28: 4,7 kohm
R29: 1 kohm
R30: 10 kohm
R31: 4,7 kohm
R32: 1 kohm
R33: 10 kohm
Sul pin RA0 del PIC abbiamo connesso un trimmer che permette di
stabilire il numero di secondi in cui
un certo carico dovrà rimanere
acceso dopo essere stato attivato. Il
trimmer è legato in termini di funzionalità al dip-switch a 12 poli le
cui linee lato PIC sono poste normalmente a livello logico alto attraverso una rete resistiva di pull-up.
In pratica, ponendo uno degli interaprile 2006 - Elettronica In
R34: 4,7 kohm
R35: 1 kohm
R36: 10 kohm
R37, R38: 4,7 kohm
R39, R40: 470 ohm
R41: Rete resistiva 7x10 kohm
R42: 4,7 kohm
TR1: Trimmer MO 470 kohm
ruttori nella posizione ON (livello
logico basso), si fa sì che l'accensione del carico relativo venga
regolata da un timer il cui ritardo
generato dipende dal valore della
resistenza applicata al modulo A/D
del PIC. Girando il cursore in senso
orario si aumenta la tensione presente sul pin RA0 e quindi il tempo
di accensione. Se, invece, il
microinterruttore viene mantenuto
U1: PIC16F77 (MF605)
U2: RX-AM4SF (RX-4M50FM60SF)
U3: 7805
U4: 24LC256
D1÷D13: 1N4007
LD1÷LD13: led 5 mm rosso
LD14: led 5 mm verde
RL1÷RL12: Relè 12V singolo scambio
T1÷T12: BC547
DS1, DS2: Dip switch 6 pin
P1: Microswitch
in posizione OFF il carico relativo
viene gestito in maniera "toggle".
Premendo quindi una prima volta
uno dei 12 pulsanti, l’uscita relativa si attiverà rimanendo in questo
stato sino a quando il tasto verrà
premuto una seconda volta. Per
quanto riguarda la sezione di potenza abbiamo utilizzato dei transistor
NPN (BC547) che vengono messi
in conduzione presentando sulla
Q1: Quarzo 4 MHz
Varie:
- Morsettiera 2 poli componibile
- Morsettiera 3 poli componibile (12 pz.)
- Zoccolo 4+4
- Zoccolo 20+20
- Jumper
- Vite 6 mm 3 MA
- Dado 3 MA
- Circuito stampato codice S605
base un livello logico alto attraverso i pin di I/O del PIC. Nel momento in cui il transistor conduce, nella
bobina del relè fluisce la corrente
necessaria a far scattare l'interruttore relativo che porta, quindi, alimentazione al carico da accendere.
Il flusso polarizza anche il led di
segnalazione che si accende avvisando l'utente dell'avvenuta attivazione. Per ciascun carico è stato >
63
inserito un opportuno diodo di
ricircolo a difesa del transistor e
della logica che si trova a monte
dello stesso. Ciascun avvolgimento
della bobina presente nel relè è
sostanzialmente in induttore, cioè
un componente che tende a mantenere costante la corrente che in esso
scorre. Quando sulla base del transistor si presenta un livello logico
basso esso non conduce, quindi la
corrente dovrebbe andare istantaneamente a zero. La bobina tende
però ad impedire questa repentina
diminuzione e per fare questo tende
a far salire la tensione sul collettore
del transistor arrivando a valori che
potrebbero facilmente danneggiare
il componente. Si immagini che il
transistor sia diventato una resistenza molto elevata in cui l'induttore
tenta di far passare una corrente
elevata: per la legge di ohm, la tensione deve salire (viene detta spesso tensione di "fly-back"). Per evitare questo fenomeno distruttivo
viene inserito in parallelo alla bobina del relè un diodo che fornisce
alla corrente una via alternativa a
quella del transistor nel momento in
cui questo non conduce più. Il
collegamento del carico avviene attraverso degli opportuni
plug a due poli facilmente
gestibili attraverso l'apposita
morsettiera.
La memoria di
apprendimento
Nel precedente paragrafo
abbiamo visto che il microcontrollore si appoggia ad una
memoria EEPROM per mantenere le informazioni necessarie
all'identificazione di ciascun telecomando. Ma vediamo nel concreto
come tali informazioni vengono
organizzate. Ciascun record contiene 32 bit iniziali che corrispondono
al numero seriale dell'HCS inserito
nel telecomando. Il numero è lungo
28 bit pertanto i 4 bit più significativi vengono azzerati. Il secondo
64
blocco da 32 bit contiene invece la
sequenza cifrata inviata dal telecomando durante la fase di apprendimento rimessa in chiaro. La
sequenza è composta da:
- 4 bit relativi allo status dei
pulsanti;
- 2 bit di overflow;
- 10 bit corrispondenti al campo
discriminante;
- 16 bit corrispondenti al valore di
overflow;
Vediamo come si presenta il contenuto della EEPROM a seguito dell'apprendimento di un telecomando
Aurel a 12 canali effettuato premendo il tasto 5 (Figura 4).
Come si vede ci troviamo di fronte
ad un telecomando non parametrizzato visto che il numero seriale è
tutto a 0. I quattro bit di status corrispondono al valore esadecimale
Ah pertanto considerando che vengono trasmessi nell'ordine S2-S1S0-S3 possiamo ricavare la sequenza logica dei pin dell'HCS301:
Ah = 1010b
S1=0, S0=1,
----> S3=0, S2=1,
nante sono tutti a zero. Infine gli
ultimi due byte corrispondono al
valore di sincronizzazione che
viene aggiornato ad ogni trasmissione per evitare il "grabbing" della
sequenza complessiva.
La EEPROM viene utilizzata come
una lista sequenziale il cui estremo
inferiore viene precisato attraverso
una etichetta FFh-FFh-FFh-FFh. In
pratica, nel momento in cui il micro
riceve una sequenza di attivazione
va a ricercare nella memoria il
numero seriale finchè non trova l'etichetta di fine lista. In tale caso il
sistema scarta il pacchetto ricevuto.
La procedura di reset della memoria prevede quindi la riscrittura
della stessa con una serie di valori
FFh. Analogamente, quando ci si
trova nella fase di apprendimento,
se il numero seriale ricevuto non si
trova nella lista, il record relativo
verrà aggiunto al termine della stessa andando a sostituire la prima etichetta da 32bit tutta a FFh.
Naturalmente nel caso si gestiscano
soltanto telecomandi non parametrizzati è praticamente inutile effettuare l'apprendimento di ciascuno
Fig. 4
Il telecomando a 12 canali utilizzato contiene al suo interno un microcontrollore che si occupa di valorizzare opportunamente gli stati logici
dei pin S0, S1, S2, S3 dell'HCS a
seconda del tasto premuto.
Continuando a scorrere i dati presenti nella memoria troviamo che i
bit di overflow e il campo discrimi-
di essi. Sarà sufficiente fare il "learning" soltanto di uno di essi ed il
microcontrollore li riconoscerà tutti
visto che hanno il medesimo numero seriale. Analogamente bisogna
considerare che le sequenze binarie
che identificano i tasti di ciascun
telecomando sono sempre le stesse
e sono già state inserite nel firmwaaprile 2006 - Elettronica In
Tabella 2
re del micro quindi non è necessario premere ogni singolo tasto
durante la fase di apprendimento.
Abbiamo riassunto nella seguente
tabella l'assegnazione dei carichi ai
singoli tasti e le relative sequenze
binarie inviate. Ricordiamo che le
linee di carico vengono numerate
da 1 a 12 in senso antiorario (vedi
Tabella 2 e Figura 5).
Per attivare alcuni carichi è possibile anche utilizzare i telecomandi a
1, 2, 3 canali in AM. Nell'immagine
di Figura 6 vedete l'assegnazione
dei diversi canali. Ad esempio nel
TX ad 1 solo canale sarà possibile
comandare il carico collegato sulla
linea 4, mentre con quello a 2 canali si potranno comandare le linee 1
e 3. Ricordiamo che stiamo utilizzando sempre telecomandi non
parametrizzati quindi con il medesimo numero seriale.
La messa in funzione
Per un corretto funzionamento del
circuito è necessario dapprima
effettuare la configurazione dei
carichi. Senza collegare l'alimentazione provvediamo quindi a spostare i microinterruttori del dip-switch
portando nella posizione di ON tutti
quelli relativi alle linee di carico
che vogliamo attivare per un breve
intervallo di tempo e lasciando ad
OFF quelli che invece si vogliono
comandare in modalità "toggle".
Ruotiamo in senso orario il cursore
del trimmer per aumentare il tempo
di accensione in modalità "timer".
Si faccia attenzione che queste configurazioni devono essere effettuate
a circuito disalimentato visto che
questi parametri vengono "letti" dal
microcontrollore all'avvio ed eventuali modifiche a runtime non sono
prese in considerazione. Tutto ciò
permette di rendere il sistema un pò
più performante visto che tutti i
valori vengono caricati in apposite
strutture dati più facili da indirizzare. In secondo luogo si evitano errori di impostazione e possibili proElettronica In - aprile 2006
Tasto
Sequenza S2-S1-S0-S3
Linea Carico
0
0101
1
1
0010
2
2
0100
3
3
0110
4
4
1000
5
5
1010
6
6
1100
7
7
1110
8
8
0010
9
10
9
0011
SHIFT
0111
11
CLEAR/ENTER
1001
12
Fig. 5
blematiche dovute alla modifica
della configurazione nel bel mezzo
dell'attivazione o disattivazione di
qualche linea. Una volta stabilita la
modalità di funzionamento dei carichi non ci resta che avviare il sistema entrando nella fase di learning.
Prima di dare alimentazione
estraiamo il jumper J1 e colleghiamo l'alimentatore. Vedremo lampeggiare per 3 volte entrambi i led
di segnalazione.
A questo punto il microcontrollore
è pronto a ricevere l'identificativo
del nostro telecomando. Se premiamo un tasto qualsiasi di quest'ulti- >
65
Fig. 6
CAN4
CAN3
CAN1
CAN3
CAN1
CAN4
mo vedremo un breve lampeggio
del led rosso ogni volta che il sistema riceve una sequenza valida e
aggiorna di conseguenza la
EEPROM.
Ripetiamo l'operazione per tutti i
telecomandi che vogliamo far riconoscere al nostro decoder.
Ricordiamo, ancora una volta che
nel caso si utilizzino dei telecomandi non parametrizzati è sufficiente
effettuare l'apprendimento per uno
soltanto di essi. Le conseguenze
che ciò comporta per quanto riguarda il livello di sicurezza sarà argomento delle prossime due puntate.
Siamo così giunti al termine della
procedura di avvio, possiamo quindi riposizionare il jumper J1.
Vedremo accendersi il led verde
che segnala che il circuito è in attesa di comandi. Possiamo premere
un tasto del nostro telecomando e
vedremo l'accensione contemporaPer il
nea del led rosso di segnalazione e
di quello che contraddistingue il
carico relativo. Subito dopo il led
rosso si spegne e si riaccende quello verde indice che la sequenza è
stata accettata e che il sistema è
pronto a ricevere ulteriori comandi
di attivazione. La pressione del
tasto non deve essere troppo rapida.
Il firmware prevede una pausa di
circa mezzo secondo per evitare
casi di attivazione/disattivazione
accidentale. Nel caso si voglia
modificare la configurazione delle
linee di carico (ad esempio passando dalla modalità "toggle" a quella
"timer") è necessario scollegare la
sorgente di alimentazione, effettuare la modifica spostando il microinterruttore per poi fornire nuovamente alimentazione al circuito.
Analogamente se si vuole aumentare o diminuire il tempo di accensione del carico si deve agire sul trim-
mer TR1 a circuito staccato. Infine,
nel caso si voglia resettare l'intero
sistema, è necessario alimentare la
basetta mantenendo premuto il
microswitch che troviamo sulla
scheda.
Durante tutta l'operazione verrà
mantenuto acceso il led rosso.
Consigliamo di effettuare il reset
estraendo prima di dare alimentazione anche il jumper J1 in maniera
tale che il sistema dopo la cancellazione della memoria di apprendimento commuti direttamente nella
fase di "learning".
In tal caso, dopo alcune decine di
secondi di accensione del led rosso
(si consideri che la cancellazione
della EEPROM comporta delle
pause di stabilizzazione per ciascun
byte di circa 10 ms), vedremo lampeggiare sia il led verde che quello
rosso per tre volte.
A questo punto potremo inviare la
MATERIALE
Il ricevitore descritto in queste pagine è disponibile in scatola di montaggio (cod.
FT605K) al prezzo di 67,00 Euro. Il kit comprende tutti i componenti, la basetta forata e serigrafata, le minuterie, il modulo Aurel AM ed il microcontrollore già programmato. Quest’ultimo è anche disponibile separatamente al prezzo di 18,00 Euro
(cod. MF605K). Il trasmettitore Aurel a 12 canali (TX-12CH) da abbinare al ricevitore costa 52,00 Euro. Tutti i prezzi si intendono IVA compresa.
66
sequenza di identificazione dal telecomando che vogliamo far apprendere al sistema. Riposizionando il
jumper J1 il micro si riporterà in
attesa dei comandi di attivazione
accendendo il led verde.
Nel caso in cui il sistema riceva una
sequenza di attivazione da parte di
un telecomando non riconosciuto
vedremo soltanto un breve lampeggio sul led rosso e la successiva
immediata accensione del led
verde, a significare che il pacchetto
è stato scartato.
Conclusioni
Il ricevitore a 12 canali risulta essere senz'altro funzionale per automatizzare l'attivazione e disattivazione
di carichi di diverso tipo.
Utilizzando un unico telecomando
bisogna però fare attenzione a come
sfruttare la sicurezza del rollingcode e degli algoritmi di cifratura
disponibili. L'uso di un telecomando non parametrizzato non può
infatti garantire che le linee di controllo collegate ai carichi siano
dominio esclusivo del legittimo
proprietario del telecomando in
questione. Un malintenzionato
potrebbe tranquillamente utilizzare
un altro telecomando (acquistato
magari per corrispondenza) e il
decoder non avrebbe alcun problema per dargli completo accesso
all'intero sistema. Bisogna tenere
presente che un telecomando non
parametrizzato contiene un numero
seriale a zero pertanto non c'è'
modo di distinguerlo da un altro
trasmettitore. Inoltre la cifratura del
blocco da 32 bit che conclude la
sequenza è praticamente inutile
visto che viene effettuata su una
chiave a 64 bit tutta a zero.
Analogamente non risulta valorizzato il campo discriminante che
potrebbe servire come ulteriore
chiave di identificazione del trasmettitore. In un sistema veramente
sicuro si utilizzano delle chiavi di
cifratura chiamate "Manufacturer's
Code" sia direttamente che in coppia con il numero seriale.
possibilità che qualcun altro possa
generare delle sequenze d'attivazione valide senza conoscere le chiavi
di cifratura.
Si tratta di argomenti che tratteremo nella prossima puntata quando
presenteremo un progetto per programmare i telecomandi Aurel personalizzando il livello di sicurezza
del nostro sistema.
Analizzeremo quindi alcune parti
del firmware del nostro decoder
chiarendo come una programmazione responsabile degli encoder ed
alcune semplici modifiche possano
far la differenza tra un prototipo
Analogamente si discrimina ciascun trasmettitore assegnandogli un
identificativo univoco.
Si configura il campo discriminante
come seconda sequenza di identificazione con l'estrazione parziale dal
numero seriale, sia come sistema di
controllo della validità della
sequenza ricevuta. In alcuni casi si
arriva anche ad abilitare la cifratura
dell'intera sequenza per evitare la
sperimentale ed un progetto professionale.
Naturalmente terremo d'occhio
anche gli eventuali punti deboli che
già in questa prima realizzazione
abbiamo tentato di mettere in luce.
Presenteremo anche tutti gli strumenti necessari (leggi: programmatore per HCS300) per poter modificare le impostazioni dei vari trasmettitori.
67
!
Elettronica
Innovativa
a cura della
Redazione
Un servizio di
localizzazione on-line
completamente gratuito per
i nostri lettori che hanno realizzato, o si apprestano a farlo, uno dei
terminali remoti GSM/GPS descritti in passato sulla rivista.
lettori più affezionati ricordano sicuramente i
primissimi progetti di localizzatori remoti che,
sfruttando le tecnologie GPS e GSM, consentivano di
determinare la posizione del veicolo sul quale l'unità era
installata. Per visualizzare la posizione all'interno di una
mappa era necessario utilizzare una stazione base composta da un PC, un programma di gestione cartografica
ed una serie di mappe georeferenziate; inoltre il PC
doveva connettersi mediante un modem telefonico (o
GSM) al dispositivo veicolare. Solitamente il costo della
stazione base superava quello dell'unità remota, non
sempre le mappe erano disponibili e le connessioni presentavano un costo abbastanza elevato. Nel giro di pochi
anni questi sistemi hanno subito una radicale evoluzione, non tanto nell'unità remota (che è diventata più piccola e più performante ma che, sostanzialmente, è sempre la stessa) quanto nell'unità base che... non esiste più.
Quest'ultima, infatti, è stata sostituita da servizi Internet
che in molti casi, quale quello descritto in queste pagine, sono completamente gratuiti. In occasione della presentazione dell'ultimo progetto di localizzatore
GPS/GSM abbiamo anche spiegato come sfruttare que- >
69
Ciascun utente
dispone di un
proprio account.
La registrazione è
molto semplice ed
i dati richiesti
riguardano
essenzialmente il
gestore utilizzato
ed il numero
telefonico
dell’unità remota.
sti siti per realizzare un sistema personale di localizzazione on-line. Per
i più pigri, tuttavia, la nostra consociata Futura Elettronica ha reso disponibile un servizio Internet gratuito corredato per giunta di altre
importanti funzionalità quali un
data-base personale per la memorizzazione dei dati. Il funzionamento è
molto semplice. L'unità remota
invia ad intervalli regolari un SMS
ad un normale numero telefonico
messo appositamente a disposizione
per questo scopo. Ovviamente cia-
scun SMS presenta un certo costo
(in funzione del piano tariffario),
costo che costituisce l'unica spesa a
carico dell'utente. D'altra parte l'unità remota può essere normalmente
inattiva ed inviare gli SMS con la
posizione solamente quando necessario, ovvero quando col nostro
telefonino invieremo all'unità remota il relativo comando. L'SMS viene trasformato in e-mail dal gestore telefonico ed inviato al server
di posta del sito (nel nostro
caso www.gpstracer.net).
La lettura dei messaggi
entranti avviene automaticamente ogni minuto; da
ciascun messaggio vengono
estrapolati i dati relativi alla
posizione ed il numero telefonico del mittente. Questo
viene associato all'account
dell'utente ed il dato viene
memorizzato nel relativo
data-base. Nel momento in cui
l'utente si connette da qualsiasi
postazione Internet al sito ed entra
nel proprio account trova già presenti i dati e li può visualizzare
mediante un servizio cartografico
che sfrutta il portale di MapQuest.
In queste pagine, con l’ausilio di
Le apparecchiature utilizzabili con il sito...
WEBTRAC4S
FT596K
G19B
70
alcune schermate, chiariamo come
funziona il sistema.
L’utente che intende utilizzare questo servizio deve registrarsi e deve
inserire il numero telefonico dell’unità remota. Deve anche indicare il
gestore utilizzato in quanto il sistema di conversione da SMS a e-mail
ed il formato di quest’ultima cambia
a seconda che si utilizzi TIM,
Vodafone o Wind. L’utente può, in
qualsiasi momento, modificare il
numero telefonico della propria
utenza. Nella pagina a sinistra riproduciamo i dati contenuti nel form di
registrazione; a destra, invece, riportiamo la schermata principale così
come appare dopo il Login. Al centro della pagina appare la mappa
relativa alla posizione del target e
riferita all’ultimo dato ricevuto. È
possibile effettuare differenti livelli
di zoom, da quello molto dettagliato
con l’indicazione delle vie fino a
quello “satellitare”. Sulla sinistra
della pagina principale sono presenti le informazioni memorizzate nel
data base con l’indicazione dell’ora
e della data del rilevamento. È sufficiente cliccare sulla scritta per
visualizzare la posizione sulla cartina. I nuovi dati in arrivo si aggiungono (ordinatamente) a quelli pree- >
Per poter funzionare
correttamente col sito
www.gpstracer.net, l’unità
remota deve essere in grado di
inviare SMS contenenti i dati
relativi alla propria posizione.
Sia il nostro kit FT596K che la
maggior parte delle
apparecchiature disponibili in
commercio è in grado di
svolgere questa funzione.
Anche due dei più noti
dispositivi commerciali (il G19
ed il WebTrac4S della Sanav)
possono tranquillamente
sfruttare questo sito.
Ciascun punto memorizzato nel data base può essere visualizzato con
differenti livelli di zoom. Il sito utilizza la cartografia MapQuest.
71
Nelle immagini il resoconto di un allegro giorno di festa sulle nevi di Champoluc. Ricordiamo che il servizio offerto
dal sito www.gpstracer.net è gratuito per coloro che utilizzano i nostri dispositivi di localizzazione GPS/GSM.
sistenti. L’utente può in qualsiasi
momento eliminare i dati non più
necessari oppure decidere di mantenerli tutti. Nell’esempio riportato in
queste pagine riportiamo i dati relativi alla posizione della vettura utilizzata per fare una gita in montagna
il giorno 7/1/2006. Alle ore 6.24
72
(poco prima della partenza) la vettura si trovava ancora nel garage di
casa mentre alle 7,50 l’allegra compagnia era in viaggio verso le piste
di sci e la vettura si trovava sull’autostrada A26 nei pressi di
Borgomanero. La rilevazione delle
15.19 evidenzia che la vettura si tro-
vava nel parcheggio di Champoluc
mentre probabilmente gli occupanti
si stavano godendo le piste innevate
di questa ridente località valdostana.
Se qualcuno, ad esempio, avesse
rubato la vettura, sarebbe stato un
gioco da ragazzi rintracciare e recuperare l’automobile!
Tutto PIC
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per microcontrollori Microchip.
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Microchip. L’ambiente di sviluppo software (MPLAB, Integrated Development Environment) consente di editare e di assemblare il programma sorgente. L’MPLAB-SIM permette di simulare il funzionamento del programma in modo estremamente semplice. Al termine della fase
di debug è possibile procedere ad una rapida programmazione del dispositivo. Il PICSTART Plus, grazie agli aggiornamenti disponibili sul
sito internet della Microchip (www.microchip.com), è sempre in grado di programmare qualsiasi tipo di microcontrollore PIC. Lo Starter Kit
comprende, oltre al programmatore vero e proprio, un CD con il software (MPLAB, MPASM, MPLAB-SIM) e tutta la documentazione tecnica
necessaria (Microchip Databook, Embedded Control Handbook, Application notes), un cavo RS-232 per il collegamento al PC, un alimentatore da rete e un campione di microcontrollore PIC. I software forniti funzionano in ambiente Windows 3.1 o
Windows 9x: - MPLAB: provvede tramite il PICSTART Plus alla programmazione del chip; consente la lettura, la programmazione e la verifica della memoria programma e di quella del micro; è possibile visualizzare, editare e trasferire un programma dal PC al micro e viceversa. - MPLAB-SIM: consente la simulazione dei microcontrollori. - MPASM Assembler: Trasforma il file sorgente in un file oggetto adatto
a tutti i dispositivi PIC16/17.
PICPLUS
PROGRAMMATORE DEBUGGER IN-CIRCUIT
MPLAB ICD 2 è un programmatore in-circuit Microchip per dispositivi flash che consente anche il debugging del programma. Grazie al software fornito a corredo, il programma realizzato può essere eseguito in tempo reale, esaminato in dettaglio e debuggato.
Il firmware interno può essere facilmente aggiornato dal sito Microchip. Consente di
selezionare le variabili da monitorare e di impostare i breakpoint direttamente dal codice sorgente C o assembly ed eseguire passo passo le istruzioni. Il segreto di questo
sistema di sviluppo risiede in due linee hardware di controllo che permettono la programmazione in-circuit e il debugging del programma (tramite un firmware proprietario
che viene scaricato nel micro e attivato in fase di verifica del codice). Le risorse del
microcontrollore necessarie per il debugging sono minime e includono un livello di
stack, l'utilizzo di alcuni registri, e una piccolissima parte di memoria programma.
Euro 274,00
PIC FLASH UPGRADE per PICSTART PLUS
Modulo di tipo flash da installare sulle vecchie versioni dei programmatori PICSTART che montano un PIC non riprogrammabile. Va sostituito al micro esistente e consente l'aggiornamento
del firmware tramite porta seriale. Il kit comprende il CD con l'ultima versione del software
MPLAB® IDE.
PICFLASH-UPG
Euro 56,00
PROGRAMMATORE USB IN-CIRCUIT per DISPOSITIVI FLASH MICROCHIP
Programmatore USB in-circuit originale Microchip adatto a tutti i microcontrollori Flash delle famiglie 10, 12, 16 e 18. Il set comprende due CD (MPLAB
e PICkit 2 Starter Kit) con tutto il software necessario. Il secondo CD comprende anche un corso in dodici lezioni che copre gli argomenti relativi a I/O,
Interrupt, ADC, Tabelle Dati & Timer. Vengono forniti anche i file di tutti i codici sorgente.
Il firmware interno può essere facilmente aggiornato dal sito Microchip.
Il programmatore PICkit 2 si collega ad un personal computer via USB 2.0 a piena velocità, permettendo di velocizzare la programmazione e l’aggiornamento del firmware. Il supporto di nuovi dispositivi può essere eseguito aggiornando il firmware sul sito web di Microchip; non è necessario un alimentatore aggiuntivo, né per il programmatore né per la scheda dell’applicazione. Il kit si inserisce dentro le schede di sviluppo tramite la tecnologia
ICSP™ (In-Circuit Serial Programming™) ed è di dimensioni particolarmente ridotte.
PICFLASH-UPG
Euro 56,00
SISTEMA DI SVILUPPO USB IN-CIRCUIT
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con tutto il software necessario. Il secondo CD contiene un corso in dodici lezioni che copre gli argomenti relativi a I/O, Interrupt, ADC,
Tabelle Dati & Timer. Vengono forniti anche i file di tutti i codici sorgente.
Il firmware interno può essere facilmente aggiornato dal sito Microchip.
Il sistema di sviluppo PICkit 2 DP si collega ad un personal computer via USB 2.0 a piena velocità, permettendo di velocizzare la
programmazione e l’aggiornamento del firmware. Il supporto di nuovi dispositivi può essere eseguito aggiornando il firmware sul sito
web di Microchip; non è necessario un alimentatore aggiuntivo, né per il programmatore né per la scheda dell’applicazione.
Il kit si inserisce dentro le schede di sviluppo tramite la tecnologia ICSP™ (In-Circuit Serial Programming™) ed è di dimensioni particolarmente ridotte. In alternativa è possibile utilizzare la demo-board in grado di accogliere micro con un massimo di 20 pin; tale scheda dispone di alcune risorse hardware per facilitare lo sviluppo del firmware (pulsante, quattro led, trimmer).
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PROGRAMMATORE per PIC con TEXTOOL
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KI
T
Semplice programmatore per microcontrollori PIC Microchip completo di textool da 40 pin. Completo di software di programmazione PICprog2006. Si collega alla porta seriale del PC ma è anche possibile utilizzare una porta USB
mediante apposito adattatore (PCUSB6). Caratteristiche minime PC: IBM compatibile,
processore
Pentium
o
superiore,
sistema
operativo
98/ME/NT/2000/XP, CDROM drive, porta RS232.
K8076
Euro 35,00
!
Elettronica
Innovativa
di
Arsenio Spadoni
di Nome Cognome
Apri il cancello elettrico
utilizzando il tuo
cellulare! Senza costi
supplementari, questa
unità GSM può essere
collegata in parallelo
all’impianto esistente
dando la possibilità di
aprire il cancello col
normale telecomando o
col proprio cellulare.
Gestione degli utenti da
remoto mediante SMS o
in locale tramite
PC e apposito software
di configurazione.
opo il progetto del telecontrollo GSM con antenna integrata descritto sul fascicolo 105, proponiamo questo mese un progetto molto più specifico, realizzato con la stessa tecnica, ovvero con uno dei più
economici moduli GSM disponibili in commercio e
con particolari soluzioni circuitali finalizzate a contenere al massimo i costi del dispositivo. Di cosa si tratta
lo avete letto nel titolo: un sistema GSM da abbinare al
l’impianto elettrico del cancello in modo da consentirne l’apertura e la chiusura col proprio cellulare. Non è
necessario effettuare alcuna modifica all’impianto esi74
stente, semplicemente i contatti di uscita del relè utilizzato in questo apparecchio vanno posti in parallelo con
quelli del pulsante o della chiave di apertura.
Esattamente come succede nel caso in cui il cancello
elettrico venga dotato di telecomando radio: l’uscita del
ricevitore (i soliti due contatti del relè) vengono collegati in parallelo alla chiave di attivazione. A questo proposito dobbiamo segnalare a quanti intendono dotare di
controllo remoto il proprio cancello elettrico che è possibile utilizzare a tale scopo esclusivamente il nostro
apparato facendo a meno del tradizionale ricevitore
Schema Elettrico
radio con i relativi trasmettitori. In
altre parole se il radiocomando è
già presente basta semplicemente
collegare in parallelo questo circuito mentre se il cancello ne è sprovvisto può fare tutto il nostro dispositivo GSM. L’idea che sta alla base
di questo circuito e di altri simili è
molto semplice: tutti noi, ormai,
possediamo un cellulare che utilizziamo per le normali telefonate ma
che possiamo impiegare utilmente
anche per molti altri scopi. Un
sistema del genere offre la massima
sicurezza e consente di eliminare i
vari telecomandi che ci riempiono
le tasche. In molti casi si ottiene
anche un risparmio considerevole.
Immaginiamo, ad esempio, un condominio con 50÷100 appartamenti:
solamente per i radiocomandi bisogna mettere in preventivo una spesa
iniziale di 5.000 Euro (3 radiocomandi per famiglia a 30 Euro
cadauno) ed almeno un migliaio di
Euro all’anno per sostituire i telecomandi smarriti o danneggiati. Il
nostro sistema è decisamente più
economico ed ha un costo di esercizio annuo di qualche decina di Euro
(la SIM prepagata che scade..).
L’apertura del cancello col proprio
telefonino si ottiene semplicemente >
75
PIANO DI
montaggio
ELENCO COMPONENTI:
R1: 33 ohm 2W
R2: 22 ohm 1W
R3: 470 ohm
R4, R5, R7: 4,7 kohm
R6: 10 kohm
R8: 10 kohm
R9÷R12: 4,7 kohm
R13÷R15: 470 ohm
C1: 100 nF multistrato SMD
C3: 100 pF ceramico SMD
C7: 100 nF multistrato SMD
C8: 470 µF 6,3 VL tantalio SMD
C10: nF multistrato SMD
Q1: quarzo 20 MHz SMD
U1: LD1086-3.6
U2: PIC18F2620 (MF632)
U3: Modulo GSM GM862
D1÷D3: 1N4007
T1: BC817 (SMD)
Specifiche tecniche
effettuando una chiamata al numero
della centralina GSM. La chiamata
non avrà mai risposta (in questo
modo non si consuma neppure uno
scatto) ma il dispositivo attiverà
ugualmente la centralina. Prima
76
però è necessario “registrare” il
proprio numero nel sistema in
modo da evitare che qualche malintenzionato (venuto a conoscenza
del numero del controllo remoto)
possa aprire il cancello. Per effet-
- Banda GSM: 900/1.800 MHz;
- Dimensioni: 98 x 60 x 24;
- Alimentazione: 12VDC / 24VDC
(selezionabile tramite Jumper);
- Corrente assorbita: 20mA a riposo, 300mA max;
- Portata relè: 250VAC 10A;
- Utenti master: 8;
- Utenti apricancello: 200;
- Chiamata apricancello a costo zero.
tuare questa operazione, e più in
generare per agire sull’archivio dei
numeri, vengono utilizzati degli
SMS in modo da poter effettuare
qualsiasi variazione senza dover
fisicamente agire sulla centralina.
Abbiamo tuttavia previsto la possibilità di utilizzare un PC con un
apposito programma da noi messo a
punto e reso disponibile gratuitamente per poter effettuare rapidamente delle operazioni più radicali
quali, ad esempio, la sostituzione
completa dell’archivio, modifiche a
parti consistenti dello stesso, ecc.
Per quanto riguarda l’impiego pratico, il nostro dispositivo andrà
inserito all’interno della scatola stagna dove sono presenti la piastra di
T2: BC817 (SMD)
LD1: led 3 mm rosso
LD2: led 3 mm giallo
LD3, LD4: led 3 mm verde
RL1: Relè 5V 1 scambio
Varie:
- Plug alimentazione
- Morsettiera 3 poli
- Connettore per antenna GSM
- Connettore 50 poli SMD per GM862
- Piedini adesivi (4 pz.)
- Connettore RJ45
- Strip maschio
- Jumper
- Circuito stampato codice S632
Per il montaggio dell’apricancello
GSM abbiamo previsto l’impiego
di una basetta a doppia faccia
con fori metallizzati con
componenti saldati da entrambi i
lati della piastra. Su quella che
solitamente viene definita
traccia rame sono presenti
esclusivamente componenti a
montaggio superficiale.
La programmazione del
microcontrollore PIC avviene
in-circuit tramite il connettore
RJ45 ed un apposito
programmatore.
controllo del cancello ed il tradizionale ricevitore radio; l’alimentazione andrà prelevata dai circuiti esistenti mentre i contatti del relè di
uscita andranno collegati in parallelo a quelli di uscita del ricevitore
radio (a loro volta connessi in parallelo all’interruttore di attivazione).
In alternativa è possibile tenere in
casa l’apricancello GSM e collegare i contatti di uscita in parallelo al
pulsante di un telecomando in
grado di attivare il cancello.
Ovviamente, in questo caso, il telecomando dovrà trovarsi in posizione tale da avere una portata sufficiente per attivare il ricevitore
radio. Questa soluzione è sicuramente molto interessante in quanto
non comporta alcun intervento sull’impianto del cancello e quindi
può essere realizzata anche senza
chiedere l’autorizzazione all’amministratore o agli altri condomini.
Il nostro sistema è in grado di gestire 200 numeri telefonici, quindi,
ammesso che una famiglia media
possegga tre cellulari, possiamo
affermare che questo dispositivo è
adatto per condomini sino a 50-70
appartamenti.
Come abbiamo detto all’inizio, dal
punto di vista tecnico, questo dispositivo è caratterizzato da particolari soluzioni circuitali che consentono di limitare notevolmente il
costo senza che ciò vada a scapito
delle prestazioni. Il circuito impie-
ga un modulo Telit tra i più diffusi
ed un’antenna integrata sullo stampato;
un
microcontrollore
PIC18F2620 gestisce tutte le funzioni memorizzando anche i numeri telefonici abilitati. Analizziamo
dunque nel dettaglio il circuito da
noi messo a punto.
Schema elettrico
Il circuito è molto simile a quello
del telecontrollo presentato a febbraio per cui ci soffermeremo su
quelle sezioni che presentano delle
differenze significative come, ad
esempio, lo stadio di alimentazione.
In questo caso abbiamo previsto la
possibilità di alimentare il dispositivo con le due tensioni che sono >
77
COMANDO SMS
VALORE
PREDEFINITO
PWDxxxxx;12345
12345
Sì
NUMx+393355760937;12345
-
SOLO SE LA POSIZIONE
È OCCUPATA
CANCELLARE UN NUMERO
NUMx;12345
-
Sì
VERIFICARE I NUMERI MEMORIZZATI
NUM?;12345
-
Sì
RES
-
Sì
ATTIVAZIONE RELÈ IN MODALITA’ BISTABILE
OUT:ON
-
-
DISATTIVAZIONE RELÈ IN MODALITA’ BISTABILE
OUT:OFF
-
-
CAMBIO STATO RELÈ MONOSTABILE (tempo in secondi da 01÷59)
OUT:ss
-
-
RICHIESTA STATO RELÈ
OUT?
-
-
RIPRISITINO RELÈ X VALE 1 PER AVERE IL RIPRISTINO 0 PER AVERE I RELÈ
DISATTIVATI
RIPx
0
-
INTERROGAZIONE RIPRISTINO
RIP?
0
-
MEMORIZZAZIONE NUMERO PER FUNZIONE APRICANCELLO (max 200)
MAC+39xxxxxx
-
Sì
CANCELLAZIONE NUMERO PER MEMORIZZAZIONE APRICANCELLO
DAC+39xxxxxx
-
Sì
DAC
-
-
TAC:ss
5
-
RISP
-
-
FUNZIONE
CAMBIO PASSWORD
La sintassi dei comandi
MEMORIZZARE 1 NUMERO (massimo 8 numeri)
(MAX 19 CARATTERI PER NUMERO); SOLO SE LA POSIZIONE È OCCUPATA
RESET COMPLETO DI TUTTI I PARAMETRI
CANCELLAZIONE TOTALE LISTA APRICANCELLO (tranne primi 8 numeri)
TEMPO DI ATTIVAZIONE APRICANCELLO ss DA 00 (bistabile) ÷59
DISABILITA LA RISPOSTA PER QUEL MULTIMESSAGGIO
solitamente presenti nelle centraline degli apricancelli: 12 o 24 VDC.
Nel primo caso la resistenza R1 va
cortocircuitata mediante SW1 mentre nel secondo l’interruttore va
lasciato aperto. Il diodi D1 protegge
il circuito nei confronti di eventuali
inversioni di polarità mentre il
regolatore U1 provvede a fornire i
3,6 volt necessari ad alimentare
tutti i componenti utilizzati nel circuito, ovvero, principalmente, il
microcontrollore U1 ed il modulo
GSM (U3). Anche il relè di uscita
viene alimentato con questo potenziale pur presentando una tensione
nominale di funzionamento di 5V.
Abbiamo verificato che, nonostante
ciò, il relè funziona correttamente
in qualsiasi circostanza.
La gestione dell’intero dispositivi è
affidata a un microcontrollore
PIC18F2620 Microchip, che, inizializzate le linee di I/O, provvede a
comunicare col modulo GSM
mediante le porte RC3, RB4, RA4,
RB5, RA0, RA1, RA2 nonché tramite la linea di comunicazione
seriale che fa capo ai pin 18 (RX e
17 (TX). La linea RC3 controlla il
led di stato. L’uscita corrispondente
(STATLED) pulsa alla frequenza di
78
1 Hz quando il GM862 sta cercando la rete radiomobile, mentre fornisce un impulso a zero logico della
durata di 0,5 s. seguito da una di 2
secondi quando il modulo ha
agganciato il segnale. Dunque,
dalla frequenza e durata degli
impulsi con cui il Telit fa pulsare il
led di “campo”, il PIC18F2620
ricava quelle che sono le condizioni
di lavoro. L’analisi delle condizioni
della rete radiomobile permette
all’apricancello di gestire correttamente le chiamate in arrivo (attivando o meno il relè di uscita) nonchè gli SMS di configurazione.
Il relè di uscita viene pilotato dalla
porta RC5 tramite il transistor T2; il
led LD1 segnala quando l’uscita è
attiva. Questo apricancello si differenzia dal telecontrollo anche per la
presenza di un connettore di I/O al
quale fanno capo le linee di programmazione in-circuit del micro
(MCLR, PGU e PGC) nonché altre
due porte (RB0 ed RB3) che vengono utilizzate come linee di comunicazione seriale per colloquiare con
un PC. Tramite il primo gruppo di
porte è dunque possibile programmare (o riprogrammare) il
PIC18F2620 aggiornando il firm-
PASSWORD
NECESSARIA
ware, apportando delle modifiche,
ecc. Le altre linee consentono invece di accedere, mediante l’apposito
programma su PC, all’archivio contenente tutti gli utenti registrati
nonchè di agire rapidamente sulle
caratteristiche funzionali del circuito (es: funzionamento astabile o
bistabile, tempo di attivazione del
relè, modifica password, richiesta
di stato, ecc.).
Montaggio e collaudo
La realizzazione di questo circuito
richiede una certa perizia in quanto
molti dei componenti utilizzati
sono in SMD, la basetta è del tipo a
doppia faccia con fori metallizzati
ed i componenti sono montati su
entrambi i lati della piastra. Il componente che può creare maggiori
problemi è sicuramente il connettore a 50 poli per il modulo Telit in
quanto il pin sono molto vicini tra
loro. Questo connettore è saldato da
quello che potremmo considerare,
in una basetta tradizionale, il lato
componenti. Su questo lato è dunque presente il modulo GSM nonchè tutti gli altri componenti tradizionali (relè, regolatore, led, connettori, morsettiere, ecc). Sul lato
opposto sono invece montati tutti i
componenti in SMD ovvero il
microcontrollore, il quarzo, i transistor ed alcuni condensatori e resistenze, come evidenziato nel piano
di cablaggio e come, tra l’altro, si
vede nelle foto che illustrano questo progetto. Inutile sottolineare
come per il montaggio dei componenti vada utilizzato un saldatore di
piccola potenza munito di punta
molto sottile. Il livello di concentrazione dei componenti non è eccessivo per cui anche gli elementi in
SMD possono essere saldati senza
particolari problemi. L’antenna da
stampato merita un discorso a
parte: siccome è costituita da una
pista ramata, bisogna collegarla al
modulo (dopo averlo inserito nel
suo connettore e fissato con le
apposite linguette) con un cavetto
coassiale, l’anima del quale va stagnata sull’esterno della pista.
Potete anche usare un’antenna
esterna: basta fare uso di un apposito connettore e collegare ad esso il
coassiale che giunge dal modulo.
Ovviamente qualora il dispositivo
venga inserito in un contenitore,
quest’ultimo dovrà essere necessariamente plastico; utilizzando un
contenitore metallico dovrete
impiegare un cavo adattatore d’antenna con presa da pannello FME
ed un’antenna bibanda. Le dimensioni delle piste che formano l’antenna debbono essere esattamente
uguali alle nostre; a tale proposito
ricordiamo che dal sito della rivista
(www.elettronicain.it) è possibile
scaricare gratuitamente il master
dell’apricancello. Un’ultima annotazione riguarda la SIMCard da
inserire nel circuito: il sistema è
compatibile con tutte le normali
schede che si trovano attualmente
in commercio. Come è facile intuire, sarà proprio quest’ultima che
determinerà il numero telefonico
assegnato al dispositivo (cioè a cui
inviare gli SMS di programmazione
ed a cui effettuare le successive
Oltre che da remoto tramite SMS, l’impostazione dei parametri di
funzionamento e l’inserimento degli utenti abilitati può avvenire tramite
PC sfruttando la connessione seriale di cui dispone il circuito e l’apposito
programma da noi messo a punto (vedi schermate in questo box).
chiamate). Gli eventuali SMS di
risposta ai comandi verranno addebitati su questa carta; per questo
motivo utilizzate questa opzione
solamente se è indispensabile.
Sempre a proposito della SIM,
ricordiamo che prima di inserirla
nel modulo dovrete disabilitare il
PIN ed eliminato le eventuali informazioni presenti nella rubrica.
L’altra operazione da fare al termine del montaggio, e prima del collegamento alla sorgente di alimentazione, è quella di inserire o meno >
79
parametri purchè sia in
possesso della password. Per rendere più
veloci alcuni comandi
abbiamo previsto una
serie di numeri (memorizzati all’interno del
dispositivo) abilitati
all’invio di comandi
senza l’utilizzo della
password. I numeri
contenuti in questa
lista sono gli stessi ai
quali (se abilitati) verranno inviati i messaggi di allarme. Esistono
tuttavia una serie di
funzioni “sensibili”
che, in ogni caso, a
prescindere da chi
invia l’SMS, richiedono l’inserimento della
password: si tratta, in
particolare, di quelle
funzioni che provvedono a inserire in lista o
rimuovere altri numeri,
a cambiare la password corrente o a
richiedere la lista dei numeri abilitati. In questo caso la richiesta della
password costituisce un ulteriore
livello di protezione del sistema
perché subordina le più delicate
operazioni di manutenzione, consentendone l’esecuzione alle sole
persone che, pur in possesso di uno
dei telefoni abilitati, conoscono la
password stessa. La sintassi dei
comandi è riportata a pagina 78 e
La porta seriale presente sulla
basetta utilizza livelli TTL per cui
è indispensabile prevedere per la
connessione al PC un circuito di
conversione TTL/USB oppure
TTL/RS232 come quelli visibili
nelle immagini (FT635K a sinistra
e FT475K in basso). Sul connettore RJ45 sono anche presenti i pin
per la programmazione in-circuit
del microcontrollore PIC18F2620.
L’antenna bibanda da stampato
garantisce un buon livello di
sensibilità. Tuttavia, qualora
l’apparecchiatura venga montata
all’interno di un contenitore
metallico è necessario utilizzare
un’antenna esterna da collegare
al modulo Telit mediante un
cavo adattatore con presa da
pannello.
il jumper J1 in funzione della sorgente utilizzata (12 o 24 volt). A
questo punto potrete fornire tensione al circuito e verificare che il led
LD4 inizi a lampeggiare alla ricerca
di una rete attiva. Il collegamento
dei contatti del relè all’interruttore
di attivazione della centralina andrà
realizzato solamente al termine del
collaudo, quando saremo certi del
corretto funzionamento del circuito. Occupiamoci ora delle impostaPer il
zioni e dell’inserimento degli utenti
abilitati. Come anticipato, abbiamo
previsto due modalità di gestione
del sistema: la prima prevede l’invio dei vari comandi (abilitazione
numeri, modifica funzioni, ecc.)
mediante SMS; la seconda utilizza
un programma per PC e richiede,
dunque, una connessione diretta al
circuito dell’apricancello.
Nel primo caso chiunque può accedere al sistema per modificare i
MATERIALE
Il progetto descritto in queste pagine è disponibile in scatola di montaggio (cod.
FT632K) al prezzo di 182,00 Euro. Il kit comprende tutti i componenti, la basetta forata e serigrafata, il modulo GSM ed il microcontrollore già programmato. L’apricancello
è anche disponibile già montato e collaudato (cod. TDG34) allo stesso prezzo del kit
(182,00 Euro). Tutti i prezzi si intendono IVA compresa.
80
rispecchia quella utilizzata in progetti simili presentati in passato.
Possiamo affermare che questa procedura è diventata quasi uno standard e, salvo leggere sfumature, utilizza sempre gli stessi comandi.
Questa volta, tuttavia, abbiamo previsto una seconda possibilità,
ovvero l’impiego di un PC con un
apposito programma in grado di
gestire tutte le operazioni di programmazione e impostazione delle
funzioni nonché di modifiche all’elenco degli utenti abilitati. Una procedura simile viene adottata dalla
maggior parte dei costruttori di
impianti di sicurezza dove risulta
sempre possibile modificare le
impostazioni da remoto ma dove la
prima programmazione con l’inserimento dei dati e delle configurazioni di base viene effettuata in loco
da un tecnico mediante un portatile
ed un programma specifico. Nel
nostro caso, oltre che rendere più
veloci le impostazioni iniziali, questa procedura permette di risparmiare su costo degli SMS. La connessione seriale disponibile sulla
basetta utilizza livelli TTL per cui è
necessario interporre tra il dispositivo ed il PC un’interfaccia
TTL/RS232 o TTL/USB come i
nostri progetti FT475K o FT635K.
Nel primo caso la porta da selezionare nel software dovrà essere la
COM fisica a cui è collegato il convertitore, nel secondo, la COM virtuale creata al momento della con-
nessione del dispositivo. La velocità di comunicazione è di 9600 Baud
8,N,1.
L’impiego del programma è molto
semplice: dopo aver cliccato sul
pulsante “Entra in modalità PC” ed
aver ricevuto l’OK dalla scheda,
potremo modificare tutte le impostazioni, aggiungere utenti, modificare la password, ecc. Il programma è intuitivo e l’interfaccia grafica
rende questa procedura molto sem-
plice. Le due schermate riportate a
pagina 79 evidenziano le possibilità
offerte da questo programma.
Ricordiamo che sullo stesso connettore RJ45 utilizzato per questa
operazione sono anche presenti i
terminali relativi alla programmazione in-circuit del microcontrollore; il relativo file .exe può essere
scaricato gratuitamente dal sito
della rivista ed utilizzato per programmare il PIC18F2620.
81
Corso CAN BUS
Corso di
programmazione:
a cura di Carlo Tauraso
CORSO CAN BUS
CAN B US
Nato come protocollo di comunicazione seriale per
fare colloquiare tra loro tutti i sistemi elettronici
presenti a bordo delle autovetture, si sta affermando
anche nell’automazione industriale e nella domotica.
In questa quinta puntata approfondiamo il firmware
relativo ai nodi analizzando il main program relativo.
ella puntata precedente abbiamo analizzato alcuni aspetti relativi all'inizializzazione del nodo di trasmissione, e le funzioni di
contorno (RS232 e 1-Wire), ora non ci resta che
descrivere la sequenza di istruzioni inclusa nel
main.
Nodo TX: il codice
Se analizziamo il listato possiamo idealmente
suddividere l'intero processo in due fasi distinte:
1) Avvio hardware della scheda;
2) Ciclo di trasmissione.
Nella prima parte si eseguono una serie di istruzioni che permettono di inizializzare correttamente i registri che controllano le porte di I/O
del PIC. Successivamente viene aperta la porta
seriale per l'invio della messaggistica di controllo al PC e si effettua l'avvio della sonda
5
DS18B20 attraverso un impulso di reset. Nel
momento in cui viene ricevuta la risposta dalla
stessa si inizializza il CAN Bus richiamando la
funzione “ECANInitialize()”. Il sistema, a questo punto, attende che venga premuto lo switch 2
(quello collegato a RB0). Appena ciò avviene
entra nella seconda fase che prevede un ciclo
temporizzato. In pratica, si rileva la temperatura
ogni secondo finchè non viene premuto lo stesso
pulsante d'avvio. I due byte che corrispondono ai
due registri “Temperature MSB/LSB” della
sonda vengono prima registrati in un vettore, per
poi essere trasferiti al nodo ricevente attraverso
un messaggio CAN standard.
Utilizziamo la funzione “ECANSendMessage()”
con la seguente sintassi:
BOOL ECANSendMessage (unsigned long id,
BYTE
*data,
BYTE
dataLen,
ECAN_TX_MSG_FLAGS msgFlags)
>
83
rità si stabilisce l'ordine con cui i buffer di trasmissione vengono scaricati. La funzione una
volta eseguita risponde con un valore booleano
che è impostato a “true” se il messaggio è stato
inserito correttamente in un buffer libero per la
trasmissione. Nel caso tutti i buffer siano pieni
viene ritornato un valore “false”. Nel codice utilizziamo una while per controllare che il messaggio venga effettivamente trasmesso. In pratica l'istruzione viene eseguita finché non c’è un buffer
libero. Ad ogni invio si effettua un'apposita
segnalazione attraverso il led rosso e si verifica
se lo switch 2 risulta premuto oppure no.
Il sistema continua, quindi a campionare i valori
di temperatura e ad inviarli sul bus finchè non si
preme a lungo lo switch che insiste sulla linea
RB0. Tra un campionamento e l'altro si utilizza
una funzione di ritardo facente parte della libreria standard del C18, “Delay10KTCYx()”. Al termine viene acceso il led verde per segnalare
all'utente che l'elaborazione è finita. Vediamo nel
concreto il codice corrispondente (Listato 1).
Corso CAN BUS
I parametri da passare sono:
id: È un valore a 32 bit che corrisponde all'identificativo del messaggio. Ricordiamo che
esistono due possibili identificativi: uno standard a 11 bit ed uno esteso a 29 bit. Il valore
deve essere allineato a destra, e gli eventuali bit
rimanenti devono essere azzerati. Nel nostro
caso utilizziamo un identificativo per messaggi
standard.
data: È un puntatore ad un vettore di byte (massimo 8) che contiene i dati da inviare.
Utilizziamo due byte per contenere il valore a
16 bit trasferito dalla sonda termometrica.
dataLen: Corrisponde al numero di byte da
inviare (massimo 8 per messaggio). Nel nostro
caso è pari a 2.
msgFlags: È il risultato di un'operazione di OR
logico tra un valore riguardante la priorità del
messaggio, uno relativo all'identificativo usato
ed uno riguardante il tipo di messaggio.
Specifichiamo soltanto che il messaggio da
inviare ha un identificativo di tipo standard.
Tabella 1
Valore
Descrizione
Il messaggio viene inviato con priorità 0 che corrisponde al valore minimo.
ECAN_TX_PRIORITY_1
Il messaggio viene inviato con priorità 1
ECAN_TX_PRIORITY_2
Il messaggio viene inviato con priorità 2
ECAN_TX_PRIORITY_3
Il messaggio viene inviato con priorità 3 che corrisponde al valore massimo
I valori utilizzabili sono riassunti nelle seguenti
tabelle (vedi Tabella 1, Tabella 2, Tabella 3).
Si osservi che i diversi valori di priorità non
fanno altro che valorizzare i due bit meno significativi del registro TXBnCON con n il numero
del buffer relativo. Pertanto imponendo una prio-
ECANSendMessage: il dietro le quinte
Che cosa accade realmente quando richiamiamo
la funzione “ECANSendMessage()”? Se facciamo una ricerca nella libreria ECAN.c troveremo
una sequenza interessante.
Per rendere le cose più chiare consideriamo sol-
Tabella 2
Valore
Descrizione
ECAN_TX_STD_FRAME
Il messaggio viene inviato con identificativo standard a 11 bit
ECAN_TX_XTD_FRAME
Il messaggio viene inviato con identificativo esteso a 29 bit
Tabella 3
Valore
Descrizione
ECAN_TX_NO_RTR_FRAME
Il messaggio inviato è normale
ECAN_TX_RTR_FRAME
Il messaggio inviato è di tipo RTR (Remote Transmission Request)
84
CORSO CAN-BUS
ECAN_TX_PRIORITY_0
Corso CAN BUS
LISTATO 1
void main(void)
{
BYTE data[2]; //Vettore contenente dati da inviare al nodo RX
BYTE dataLen; //Nr di byte da inviare al nodo RX
BYTE CONTAG; //Contatore Generico
BOOL fine; //Determina la fine del ciclo di trasmissione
ADCON1=0x07;
Nella fase di inizializzazione hardware vengono disabilitati i
ADCON0=0x00;
moduli A/D, i comparatori e si stabiliscono la direzione
CMCON=0x07;
(input/output) dei vari pin che compongono le porte del PIC.
TRISA = 0b00000000;
TRISB = 0b00101011;
TRISC = 0b10000000;
La porta seriale viene configurata a 19.200 bps (8,N,1) ed inizia
TRISD = 0b00001000;
la visualizzazione di messaggistica sullo stato della scheda.
TRISE = 0b00000000;
PORTC_RC0=0;
PORTC_RC1=1;
PORTC_RC2=0;
OpenUSART(USART_TX_INT_OFF&USART_RX_INT_OFF&USART_ASYNCH_MODE&USART_EIGHT_BIT&
USART_CONT_RX&USART_BRGH_HIGH, 64);
putrsUSART("Avvio NODO CAN \n\r");
Viene inviato il segnale di reset alla sonda e si verifica il suo
............
corretto funzionamento. Lo stato risultante dell'operazione
if (OWReset())
viene comunicato tramite la seriale.
putrsUSART("DS18B20 OK \n\r");
else
putrsUSART("DS18B20 NO-OK \n\r");
Viene inizializzato il CAN bus.
CORSO CAN BUS
ECANInitialize();
putrsUSART("CAN OK \n\r");
putrsUSART("Premere SW2 per avviare trasmissione \n\r");
while (PORTBbits.RB0 == 1);
PORTC_RC1=0;
fine=FALSE;
while (!fine)
{
OWReset();
OWTX(0xCC);
OWTX(0x44);
while (OWRX1());
OWReset();
OWTX(0xCC);
OWTX(0xBE);
data[1] = OWRX();
data[0] = OWRX();
for (dataLen=1;dataLen<=7;dataLen++)
CONTAG=OWRX();
while(!ECANSendMessage(0x123, data, 2, ECAN_TX_STD_FRAME));
Delay10KTCYx(5000);
PORTC_RC2 == ~PORTC_RC2;
}
if (PORTBbits.RB0 == 0)
fine = TRUE;
}
PORTC_RC2=0;
PORTC_RC1=1;
while(1);
tanto il caso in cui il modulo CAN funzioni nel
modo 0 cioè quello standard. Se facciamo attenzione vediamo che dapprima viene creato un vettore di puntatori per i registri del PIC usati come
buffer di trasmissione TXB0CON, TXB1CON,
TXB2CON.
Successivamente vengono controllati in sequenza i TXREQ di ciascun buffer per verificare se è
vuoto e quindi pronto a trasmettere. Nel momento in cui viene trovato un TXREQ a 0 vengono
elaborati i flag del messaggio. In pratica si valoElettronica In - aprile 2006
Attesa della prima pressione del tasto SW2.
Dopo aver rilevato la temperatura, si richiede alla sonda
l'invio dei valori che vengono salvati direttamente nel vettore usato per la trasmissione del messaggio.Si ricordi che la
sonda a fronte della richiesta da parte del PIC risponde con
9 byte pertanto gli ultimi 7 vengono scartati.
Il PIC invia il messaggio standard includendo il valore a 16
bit ricevuto dalla DS18B20. L'istruzione viene ripetuta finchè
non si trova un buffer libero per completare l'invio
correttamente.
Ad ogni invio si inserisce un ritardo e viene fatto lampeggiare
il led rosso.
Alla seconda pressione del tasto che insiste sul pin RB0 del
PIC viene valorizzata la variabile booleana che porta all'uscita
dal ciclo while.
rizzano i bit TXPRI1:TXPR0 del TXBnCON
corrispondente per la priorità, il bit TXRTR del
TXBnDLC per la tipologia di messaggio, e i bit
DLC3:DLC0 del TXBnDLC per il numero di
byte da inviare.
A seconda che i flag prevedano un identificatore
standard o esteso viene richiamata una particolare funzione chiamata _CANIDToRegs.
Quest'ultima non fa altro che valorizzare correttamente i registri TXBnSIDH, TXBnSIDL,
TXBnEIDH, TXBnEIDL a seconda del valore a >
85
sequenzialmente nella EEPROM. Anche in questo caso possiamo idealmente suddividere la
sequenza in due fasi:
1) Avvio hardware della scheda;
2) Ciclo di ricezione.
Durante l'avvio il sistema configura i registri
LISTATO 2
BYTE i,j;
BYTE *ptr, *tempPtr;
BYTE* pb[9];
BYTE temp;
# define buffers 2;
pb[0]=(BYTE*)&TXB0CON;
for ( i = 0; i < buffers; i++ )
{
ptr = pb[i];
tempPtr = ptr;
if ( !(*ptr & 0x08) )
{
*ptr &= ~ECAN_TX_PRIORITY_BITS;
*ptr |= msgFlags & ECAN_TX_PRIORITY_BITS;
if ( msgFlags & ECAN_TX_RTR_BIT )
temp = 0x40 | dataLen;
else
temp = dataLen;
Creazione del vettore relativo ai registri usati come buffer di
trasmissione.
Verifica se il buffer è libero attraverso il TXREQ di TXBnCON (è
il bit3 ecco perchè si fa l'AND con il valore 0x08). Se il bit è
uguale a 1 passa al prossimo buffer. Si noti che per migliorare
l'efficienza del codice si utilizzano dei puntatori locali (ptr) anzichè l'indice del vettore.
Corso CAN BUS
11bit/29bit che viene passato. Infine, attraverso
un ciclo for si valorizza il vettore dati TXBnDm
corrispondente con i valori del vettore trasmesso
come
parametro
alla
funzione
ECANSendMessage.
Il buffer, a questo punto è pronto per l'invio dei
Stabilisce la priorità del messaggio sulla base del parametro
msgFlags passato alla funzione.
Stabilisce il numero di byte da inviare e la tipologia di messaggio. In pratica determina il valore del registro TXBnDLC.
*(ptr+5) = temp;
else
temp = ECAN_MSG_STD;
_CANIDToRegs((BYTE*)(ptr+1), id, temp);
Stabilisce se l'identificatore del messaggio è di tipo standard
o esteso.
La funzione richiamata valorizza i registri TXBnSIDH,
TXBnSIDL, TXBnEIDH, TXBnEIDL sulla base dell'identificatore definito precedentemente.
ptr += 6;
for ( j = 0 ; j < dataLen; j++ )
*ptr++ = *data++;
if ( !(*tempPtr & 0x04) )
*tempPtr |= 0x08;
}
}
Il flag TXREQ viene messo a 1.
return TRUE;
}
return FALSE;
dati. Il bit TXREQ viene messo a 1 affinché il
modulo CAN prenda in carico la trasmissione.
Nel caso in cui il ciclo di controllo dei buffer termini senza che ne sia stato trovato uno libero si
invia in risposta un valore “False”.
Il codice relativo è illustrato nel Listato 2.
Nodo RX
Il nodo in ricezione è un clone del circuito precedente con un firmware modificato per acquisire i dati provenienti dalla sonda e trasferirli
86
Carica i dati da inviare nei registri TXBnDm.
In questo caso nessun buffer risulta libero.
TRIS per le linee di input/output del PIC ed inizializza la EEPROM. Per l'accesso a questa
memoria (24LC256) abbiamo utilizzato una
libreria chiamata XEEPROM.c che implementa
la scrittura e la lettura sequenziale del supporto
sfruttando un indirizzamento a 16 bit. Per l'avvio
utilizziamo una prima funzione chiamata
“XEEInit()” la cui sintassi è la seguente:
void XEEInit (unsigned char baud);
ed i parametri assumono i seguenti:
baud: definisce la velocità di comunicazione
CORSO CAN-BUS
if ( msgFlags & ECAN_TX_FRAME_BIT )
temp = ECAN_MSG_XTD;
Corso CAN BUS
con il chip. La libreria utilizza il modulo MSSP
del PIC in modalità master I2C e questo valore
viene utilizzato per inizializzare il registro
SSPADD. Quest'ultimo stabilisce la frequenza
di clock utilizzata dal pin SCL (RC3) secondo
la formula OSC/4 (SSPADD+1). In particolare
i 7 bit meno significativi di questo registro contengono il valore che viene caricato nel BRG
(Baud Rate Generator). Quest'ultimo è un contatore che si decrementa due volte per ogni
ciclo di clock del sistema (TCY) e viene utilizzato per sincronizzare la linea SCL.
Naturalmente, viene ricaricato in maniera automatica proprio con il valore conservato nel registro SSPADD. Per maggiori chiarimenti date
un'occhiata ai datasheet del PIC18F458 nella
sezione MSSP.
Richiamiamo tale funzione utilizzando una
macro per il calcolo del baudrate sulla base della
frequenza dell'oscillatore usato per generare il
clock di sistema. L'istruzione è:
CORSO CAN BUS
XEEInit (EE_BAUD(CLOCK_FREQ, 400000));
Se andiamo a verificare che cosa fa la macro
(CLOCK=20.000.000) troviamo il codice
seguente:
#define EE_BAUD(CLOCK, BAUD) ( ((CLOCK
/ BAUD) / 4) - 1 )
Una volta avviata la comunicazione con il chip
sarà possibile iniziare una sessione di scrittura
sequenziale
attraverso
la
funzione
“XEEBeginWrite()” la cui sintassi è:
void XEEBeginWrite(unsigned char control,
XEE_ADDR address)
control: è il byte di controllo che nel nostro
caso viene precisato attraverso una definizione
introdotta nel file XEEPROM.h (#define
EEPROM_CONTROL (0xa0)). Per il chip
24LC256 la sequenza è composta da 4bit iniziali fissi (1010b), da 3 bit che permettono di
selezionare il chip (000b perchè i pin A0,A1,A2
sono collegati a GND), un bit finale a 0. La
sequenza binaria corrispondente è 10100000b. I
3 bit messi a 0 servono per selezionare il dispositivo nel caso si utilizzino più chip collegati
sullo stesso bus I2C. In tal caso è necessario
differenziare la sequenza A0,A1,A2 attraverso
dei pull-up.
address: è l'indirizzo della cella iniziale per l'operazione di scrittura. Nel nostro caso il tipo
XEE_ADRR corrisponde ad un “unsigned
short int” quindi un valore a 16bit.
La sessione di scrittura viene terminata richiamando un'ultima funzione “XEEEndWrite()”
che provvede ad inviare il segnale di stop alla
memoria finalizzando l'operazione.
La sintassi è:
XEE_RESULT XEEEndWrite (void);
Il parametro “XEE_RESULT” passato in uscita
corrisponde alla struttura visibile nel Listato 3 e
permette di stabilire se l'operazione è andata a
buon fine oppure no:
LISTATO 3
typedef enum _XEE_RESULT
{
XEE_SUCCESS = 0,
XEE_READY = 0,
XEE_BUS_COLLISION,
XEE_NAK,
XEE_VERIFY_ERR,
XEE_BUSY
} XEE_RESULT;
Dopo questa parentesi sulla gestione della
EEPROM continuiamo l'analisi del firmware
inserito nel nodo di ricezione.
Il programma principale dopo aver configurato le
linee di ingresso e di uscita, inizializzato il bus
I2C per la comunicazione con la EEPROM, e
avviato il bus CAN attraverso la funzione
“ECANInitialize()” entra nella seconda fase: il
ciclo di ricezione. Si tratta di un while infinito
nel quale viene richiamata dapprima la funzione
“ECANReceiveMessage()”.
Quest'ultima è la funzione complementare della
“ECANSendMessage()” e permette di elaborare
i messaggi che arrivano al modulo CAN del
nostro PIC.
Vediamo la sua sintassi nel dettaglio:
BOOL ECANReceiveMessage(unsigned long
*id, BYTE *data, BYTE *dataLen,
ECAN_RX_MSG_FLAGS *msgFlags)
id: puntatore ad una locazione di memoria a
32bit che conterrà l'identificativo a 11 o 29 bit
del messaggio ricevuto.
data: puntatore ad un buffer che conterrà i dati
ricevuti.
dataLen: puntatore ad una locazione che con- >
87
Tabella 4
Valore
ECAN_RX_OVERFLOW
ECAN_RX_INVALID_MSG
ECAN_RX_XTD_FRAME
ECAN_RX_STD_FRAME
ECAN_RX_DBL_BUFFERED
ca il PIC continua ad eseguire la serie di istruzioni finchè un messaggio non risulterà disponibile in uno dei buffer di ricezione.
A questo punto il sistema non fa altro che scrivere ciascuno dei byte ricevuti in locazioni successive della EEPROM attraverso delle
“XEEWrite()”.
Si faccia attenzione che l'operazione di scrittura
viene avviata durante l'inizializzazione con una
“XEEBeginWrite()”, pertanto, è sufficiente
richiamare le funzioni di scrittura una dopo l'altra inserendo dei ritardi di stabilizzazione (obbligatori per questo tipo di memorie). Dopo ogni
ricezione i due byte vengono trasferiti scaricando
il buffer relativo. Nel momento in cui viene premuto il pulsante SW2
viene arrestata la ricezione finalizzando l'oDescrizione
perazione di scrittura
Il buffer di ricezione è andato in overflow.
sulla EEPROM. Dopo
È stato ricevuto un messaggio non valido.
l'accensione del led e
È stato ricevuto un messaggio con identificatore esteso.
dopo aver tolto l’aliÈ stato ricevuto un messaggio con identificatore standard.
mentazione, sarà possiIl messaggio è di tipo “double-buffered”.
bile,
estrarre
la
Corso CAN BUS
terrà il numero di byte da ricevere.
msgFlags: puntatore ad una locazione che conterrà le caratteristiche del messaggio ricevuto.
Anche in questo caso si tratta di un valore che
nasce da un'operazione di OR logico tra più flag
i cui valori possibili sono specificati nella
Tabella 4.
La funzione ritorna un valore booleano a
“False” se non è stato ricevuto alcun messaggio
e a “True” in caso contrario. Si faccia attenzione
che tutti i parametri passati sono dei puntatori
che devono essere inizializzati correttamente.
Come per il nodo di trasmissione abbiamo inserito la funzione in un ciclo while per verificare la
presenza o meno di messaggi in arrivo. In prati-
LISTATO 4
ADCON1=0x07;
ADCON0=0x00;
CMCON=0x07;
TRISA = 0b00000000;
TRISB = 0b00001011;
TRISC = 0b10000000;
TRISD = 0b00001000;
TRISE = 0b00000000;
PORTC_RC0 = 0;
PORTC_RC1 = 0;
PORTC_RC2 = 0;
XEEInit(EE_BAUD(CLOCK_FREQ, 400000));
ECANInitialize(); //Inizializza CAN Bus
PORTC_RC1=1;
XEEBeginWrite(EEPROM_CONTROL, 0x00);
while (PORTBbits.RB0==1)
{
while( !ECANReceiveMessage(&id, data, &dataLen, &flags) );
PORTC_RC1=0;
XEEWrite(data[0]);
Delay10KTCYx(50);
XEEWrite(data[1]);
Delay10KTCYx(50);
}
PORTC_RC2 == ~PORTC_RC2;
}
XEEEndWrite();
PORTC_RC2=0;
PORTC_RC1=0;
while(1);
88
Inizializzazione pin di I/O e spegnimento led di segnalazione.
Avvio del bus I2C e del bus CAN.
Inizio della sessione di scrittura sulla EEPROM a partire
dall'indirizzo 0.
Il PIC attende la ricezione del messaggio tramite CAN bus.
Dopo la ricezione dei due byte avviene la scrittura in
locazioni successive della 24LC256 con delle pause di
stabilizzazione di alcuni millisecondi.
Lampeggio del led rosso.
Finalizzazione della scrittura su EEPROM.
CORSO CAN-BUS
void main(void)
{
unsigned long id;
BYTE data[2]; //Vettore con i dati ricevuti
BYTE dataLen; //Variabile con il numero di byte ricevuti
ECAN_RX_MSG_FLAGS flags; //Flag per la tipologia di msg ricevuto
Corso CAN BUS
CORSO CAN BUS
EEPROM e leggere i dati che sono stati registrati. Il codice relativo è il descritto nel Listato 4.
ECANReceiveMessage:
il dietro le quinte
Anche in questo caso se andiamo a vedere che
cosa accade nel momento in cui richiamiamo la
funzione “ECANReceiveMessage()” troviamo
delle istruzioni interessanti.
Innanzitutto vengono controllati sequenzialmente i vari RXBnCON per verificare se qualcuno di
essi ha il bit RXFUL (bit7) valorizzato. Ciò
significa che il buffer relativo ha ricevuto un
messaggio. In tal caso viene dapprima azzerato il
flag d'interrupt riguardante l'avvenuta ricezione.
In questo modo viene riattivato il segnale di
interrupt per ulteriori arrivi.
Poi si verifica il COMSTAT (Communication
Status Register) sul bit di overflow
(RXBnOVFL) registrandolo nei “msgFlags” ed
azzerandolo.
Ricordiamo che utilizziamo la lettera “n” per
indicare l'ennesimo buffer, quindi RXB0OVFL è
il bit riguardante il buffer 0 cioè RXB0CON. Per
ciascun buffer viene salvato il puntatore relativo
in una variabile temporanea. Quindi si effettua
un
salto
d'esecuzione
all'etichetta
“_SaveMessage”.
Si tratta di una piccola procedura che non fa
nient'altro che estrarre i byte ricevuti valorizzando i parametri utilizzati richiamando la funzione
“ECANReceiveMessage()”.
Si verifica la tipologia di messaggio per i
msgFlags, si estraggono i byte per il vettore data
aggiornando il contatore dataLen. Al termine il
buffer relativo viene rilasciato affinché sia pronto per ricevere un nuovo messaggio.
Abbiamo volutamente tralasciato la procedura di
gestione dei filtri sui frame in arrivo perchè al
momento non li utilizziamo (sarà argomento del
prossimo esperimento).
Qui di seguito vediamo il codice risultante
opportunamente commentato (Listato 5).
Collegamento e messa in funzione
Per eseguire il primo esperimento dobbiamo
inserire il firmware CANTX.hex e CANRX.hex
rispettivamente nel nodo trasmittente ed in quel- >
LISTATO 5
{
BYTE *ptr, *savedPtr;
char i;
BYTE_VAL temp;
#if ( (ECAN_LIB_MODE_VAL == ECAN_LIB_MODE_RUN_TIME) || \
(ECAN_LIB_MODE_VAL == ECAN_LIB_FIXED) && (ECAN_FUNC_MODE_VAL == ECAN_MODE_0) )
{
if ( RXB0CON_RXFUL )
{
Il flag RXFUL a 1 indica che è stato ricevuto un messaggio,
PIR3_RXB0IF = 0;
pertanto si azzera il bit di interrupt relativo.
if ( COMSTAT_RXB0OVFL )
{
*msgFlags |= ECAN_RX_OVERFLOW;
COMSTAT_RXB0OVFL = 0;
}
ptr = (BYTE*)&RXB0CON;
Nel caso si sia verificato un overflow lo si registra nei
msgFlags e si azzera il bit relativo.
}
...........
-------->
Il codice soprastante viene ripetuto anche per RXB1CON
...........
else
return FALSE;
Nel caso nessuno dei buffer di ricezione abbia un messaggio
goto _SaveMessage;
da elaborare la funzione ritorna un valore booleano “False”
}
altrimenti salta all'etichetta “_SaveMessage”.
#endif
_SaveMessage:
savedPtr = ptr;
*msgFlags = 0;
temp.Val = *(ptr+5);
*dataLen = temp.Val & 0b00001111;
if ( temp.bits.b6 )
*msgFlags |= ECAN_RX_RTR_FRAME;
temp.Val = *(ptr+2);
if ( temp.bits.b3 )
{
Carica il numero di byte del messaggio ricevuto.
Carica i msgFlags che stabiliscono la tipologia di messaggio: RTR, esteso, standard.
89
}
else
*msgFlags |= ECAN_RX_XTD_FRAME;
temp.Val = ECAN_MSG_XTD;
temp.Val = ECAN_MSG_STD;
La funzione “_RegsToCANID” è complementare a quella
trovata nella ECANSendMessage e quindi estrae l'ID del
messaggio dai relativi registri.
Carica la sequenza di byte dati ricevuti.
_RegsToCANID(ptr+1, id, temp.Val);
ptr += 6;
temp.Val = *dataLen;
for ( i = 0; i < temp.Val; i++ )
*data++ = *ptr++;
Nel caso si riceva un messaggio non valido l'evento viene
registrato nei msgFlags e si azzera il relativo bit di interrupt
IRXIF. PIR3 (Peripheral Interrupt Request Register 3).
if ( PIR3_IRXIF )
{
*msgFlags |= ECAN_RX_INVALID_MSG;
PIR3_IRXIF = 0;
}
Si segnala la disponibilità del buffer per una nuova lettura
azzerando il bit RXFUL.
*savedPtr &= 0x7f;
}
return TRUE;
mente sulla COM utilizzata configurandola a
19200 bps 8N1. A questo punto alimentiamo il
nodo TX.
La finestra dell'HyperTerminal apparirà come in
Fig. 2.
Noterete l'accensione del led verde che segnala
l'attesa di un input da parte dell'utente.
Alimentiamo quindi il nodo di ricezione. Anche
Fig. 1
minatori ed aggiungere questi ultimi sulle porte
CAN2 attraverso dei connettori DB9 femmina.
Le porte CAN1 e CAN2 sono, infatti, collegate
in parallelo. Connettiamo quindi la porta seriale
della scheda di trasmissione alla RS232 del
nostro PC.
Avviamo una sessione HyperTerminal diretta90
su quest'ultima scheda si accenderà il led verde.
Siamo pronti ad avviare il campionamento.
Premiamo e rilasciamo rapidamente il pulsante
SW2 del nodo TX. Vedremo che su entrambe le
schede comincerà a lampeggiare il led rosso. Il
nodo di trasmissione effettua il campionamento
dei dati relativi alla temperatura e li invia attraaprile 2006 - Elettronica In
CORSO CAN-BUS
lo ricevente. Questi ultimi possono essere collegati attraverso un cavetto tripolare inserendo
direttamente sui connettori a 9 pin le resistenze
da 120 ohm che fungono da terminatori. Lo schema è il visibile in Fig. 1.
Colleghiamo quindi i terminali del cavetto sulla
porta CAN1 di ciascuna scheda.
È possibile realizzare anche un cavetto senza ter-
Corso CAN BUS
(Continuazione del Listato 5)
Corso CAN BUS
CORSO CAN BUS
Fig. 2
verso il bus CAN al nodo di ricezione. Qui i due
byte ricevuti vengono trasferiti sequenzialmente
nella EEPROM. Ad ogni invio sul terminale
viene visualizzato un messaggio del tipo TX
MSG. Attendiamo qualche minuto per collezionare un pò di dati. Premiamo il pulsante SW2 sul
nodo di ricezione. Si accende il led verde. A questo punto possiamo tenere premuto lo stesso pulsante SW2 sul nodo TX finchè non si accende
anche lì il led verde. Stacchiamo l'alimentazione
su entrambe le schede ed estraiamo la EEPROM
dal nodo RX. Se la leggiamo attraverso IC-
il CAN per il trasferimento e la ricezione dei
dati. Nella prossima puntata renderemo la cosa
un pò più complessa introducendo il concetto di
filtro di messaggi. Assegneremo quindi una funzione specifica al nodo in ricezione facendo sì
che esso elabori solo un tipo di messaggi scartando gli altri. Si tratta di un'argomento fondamentale perchè permette di associare più significati ai dati trasferiti indirizzando ciascuna informazione soltanto a quei nodi in grado di elaborarla. Sicuri di aver solleticato la vostra curiosità
vi diamo appuntamento alla prossima puntata
Fig. 3
PROG vedremo nel primo settore la sequenza
corrispondente ai valori a 16 bit scaricati dalla
sonda. Lo si vede chiaramente nell’immagine di
Fig. 3.
Siamo giunti al termine del primo esperimento
sul CAN bus. Abbiamo visto le configurazioni e
le funzioni di base che ci permettono di sfruttare
nella quale descriveremo anche la costruzione
della demo-board utilizzata durante i nostri esperimenti (il cui schema è stato proposto nella terza
puntata). Ricordiamo anche che i listati completi
dei firmware cui facciamo riferimento sono scaricabili gratuitamente dal nostro sito Internet
(www.elettronicain.it).
91
Energie alternative
Pannelli solari, regolatori di carica, inverter AC/DC
VALIGETTA SOLARE 13 WATT
Modulo amorfo da 13 watt contenuto all'interno di una valigetta adatto per la ricarica di batterie a 12 volt.
Dotato di serie di differenti cavi di collegamento, può essere facilmente trasportato e installato ovunque.
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barche, sistemi di sicurezza, ecc. Potenza di picco: 5 watt, tensione di uscita: 13,5 volt, corrente di picco 350mA.
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di corrente alle batterie interrompendo l’erogazione di corrente quando la batteria
risulta completamente carica. Tensione di uscita (DC): 13.0V ±10%
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interrompe il collegamento con i pannelli. Il circuito, interamente a stato solido, utilizza un mosfet di potenza in grado di
lavorare con correnti di 3 ÷ 5 ampère. Tensione della batteria di 12 volt. Completo di led di segnalazione dello stato di
ricarica, di insolazione insufficiente e di batteria carica. Disponibile in scatola di montaggio.
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Watt di picco); tensione di ingresso 12Vdc;
tensione di uscita 230Vac; assorbimento a vuoto 300mA,
assorbimento alla massima potenza di uscita 13,8A;
Dimensioni 154 x 91 x 59 mm; Peso 700 grammi.
Versione con potenza di uscita massima di 300 watt
(1.000 watt di picco); tensione di ingresso 12Vdc; tensione
di uscita 230Vac; assorbimento a vuoto 650mA, assorbimento alla massima potenza di uscita
27,6A; dimensioni 189 x 91 x 59 mm; peso 900 grammi.
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INVERTER 600 WATT
INVERTER 1000W DA 12VDC A 220VAC
Versione con potenza di uscita massima di 600 watt
(1.500 Watt di picco); tensione di ingresso 12Vdc; tensione
di uscita 230Vac; assorbimento a vuoto 950mA, assorbimento alla massima potenza di uscita 55A;
dimensioni 230 x 91 x 59 mm; peso 1400 grammi.
Compatto inverter con potenza nominale di 1.000 watt e
2.000 watt di picco. Forma d'onda di uscita: sinusoide
modificata; frequenza 50Hz; efficienza 85÷90%;
assorbimento a vuoto: 1,37A; dimensioni:
393 x 242 x 90 mm; peso: 3,15 kg.
FR199 Euro 82,00
FR198 Euro 48,00
FR237 / FR238
Euro 280,00
INVERTER 1000 WATT DA 24VDC A 220VAC
Compatto inverter con potenza nominale di 1.000 watt e 2.000 watt di picco. Forma d'onda di uscita sinusoide modificata;
efficienza 85÷90%; protezione in temperatura 55°C (±5°C); protezione contro i sovraccarichi in uscita;
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SMS sotto forma di coordinate (latitudine+longitudine) o
mediante posta elettronica (sempre sfruttando gli SMS).
In quest'ultimo caso è possibile, con delle semplici applicazioni web personalizzate, sfruttare i siti Internet con cartografia per visualizzare in maniera gratuita e con una semplice connessione Internet (da qualsiasi parte del mondo) la
posizione del target e lo spostamento dello stesso all'interno
di una mappa. Sono disponibili per questo apparato sistemi
autonomi di alimentazione (pacchi di batterie al litio) che
consentono, unitamente a speciali magneti, di effettuare
l’installazione in pochi secondi su qualsiasi veicolo.
Ulteriori informazioni sui nostri siti www.futurashop.it e
www.gpstracer.net.
Dispositivo di localizzazione personale e veicolare di ridottissime dimensioni. Integra un modem cellulare GSM, un
ricevitore GPS ad elevata sensibilità ed una fonte autonoma
di alimentazione (batteria al litio). I dati relativi alla posizione vengono inviati tramite SMS ad intervalli programmabili a uno o più numeri di cellulare abilitati. Questi dati possono essere utilizzati anche da appositi programmi web che
consentono, tramite Internet, di visualizzare la posizione del
target su mappe dettagliate.
MODALITA' DI FUNZIONAMENTO
Invio di SMS ad intervalli predefiniti: l'unità invia ai
numero telefonici abilitati un messaggio con le coordinate ad
intervalli di tempo predefiniti, impostabili tra 2 e 120 minuti. Gli SMS contengono l'identificativo dell'unità con i dati
relativi alla posizione, velocità e direzione nel formato prescelto.
Polling: l'unità può essere chiamata da un telefono il cui
numero sia stato preventivamente memorizzato; al chiamante viene inviato un SMS con tutti i dati relativi alla posizione
del dispositivo.
Polling SMS: Inviando un apposito SMS è possibile ottenere un messaggio di risposta contenente le informazioni relative alla cella GSM in cui l'unità remota è registrata. Questa
funzione consente di sapere (in maniera molto
più approssimativa) dove si trova il dispositiSERVIZIO WEB
vo anche quando non è disponibile il segnaG
RA
TU
le della costellazione GPS.
IT
O
A quanti acqu
istano una no
Emergenza: Questa funzione fa capo al
stra unità
remota GPS/
GSM diamo
pulsante Panic dell'unità remota: premendo
la possibilità
di utilizzare
gratuitament
il pulsante viene inviato ad un massimo di tre
e il nostro
servizio di loc
alizzazione
numeri
telefonici preprogrammati un SMS di
su web
all’indirizzo:
www.gpstrac
richiesta di aiuto contenente anche i dati sulla
er.net.
Potrete così,
mediante Int
posizione.
ernet, e
senza alcun
aggravio di
L'attivazione di questo pulsante determina
spesa,
visualizzare
la posizione
anche un allarme acustico.
del vostro
veicolo su un
a mappa detta
gliata 24
ore su 24.
Tutti i prezzi si intendono IVA inclusa.
Sistema di localizzazione personale e veicolare di ridottissime dimensioni. Si differenzia dal modello standard (G19B)
per la possibilità di utilizzare connessioni GPRS (oltre alle
normali GSM) e per la disponibilità di un microfono integrato ad elevata sensibilità. I dati relativi alla posizione vengono
inviati tramite la rete GPRS o GSM mediante SMS o email.
Funzione panico e parking. Possibilità di utilizzare servizi
web per la localizzazione tramite pagine Internet.
MODALITA' DI FUNZIONAMENTO
Invio dei dati di localizzazione tramite rete GPRS e
web server: l'unità remota è connessa costantemente alla
rete GPRS ed invia in tempo reale i dati al web server; è così
possibile conoscere istante dopo istante la posizione del
veicolo e la sua direzione e velocità con un costo particolarmente contenuto dal momento che nella trasmissione a pacchetto (GPRS) vengono addebitati solamente i dati inviati ed
in questo caso ciascun pacchetto che definisce la posizione è
composto da pochi byte.
Ascolto ambientale tramite microfono incorporato:
chiamando il numero dell'unità remota, dopo otto squilli,
entrerà in funzione il microfono nascosto consentendo di
ascoltare tutto quanto viene detto nell'ambiente in cui opera
il dispositivo. Utilizzando un'apposita cuffia/microfono sarà
possibile instaurare una conversazione voce bidirezionale
con l'unità remota. La sensibilità del microfono è di -24dB.
Emergenza: Questa funzione fa capo al pulsante Panic dell'unità remota: premendo il pulsante viene inviato in continuazione al web server un messaggio di allarme con i dati
della posizione ed a tutti i numeri telefonici memorizzati un
SMS di allarme con le coordinate fornite dal GPS.
Park/Geofencing: tale modalità di funzionamento può
essere attivata sia con l'apposito pulsante che mediante
l'invio di un SMS. Questa funzione - attivata solitamente
quando il veicolo viene posteggiato - determina l'interruzione dell'invio dei dati relativi alla posizione. Qualora il
veicolo venga spostato e la velocità superi i 20 km/h, la trasmissione riprende automaticamente con una segnalazione
d'allarme. Qualora la connessione GPRS non sia disponibile,
vengono inviati SMS tramite la rete GSM.
Telecontrollo GSM bidirezionale
con antenna integrata
Via Adige, 11 -21013 Gallarate (VA)
Tel. 0331/799775 - Fax. 0331/778112
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Maggiori informazioni su questi prodotti e su tutti
le altre apparecchiature distribuite sono disponibili
sul sito www.futuranet.it tramite il quale è anche
possibile effettuare acquisti on-line.
Sistema di controllo remoto bidirezionale che sfrutta la rete GSM per le attivazioni ed i controlli.
Configurabile con una semplice telefonata, dispone di due uscite a relè (230Vac/10A) con
funzionamento monostabile o bistabile e di due ingressi di allarme optoisolati. Possibilità di
memorizzare 8 numeri per l'invio degli allarmi e 200 numeri per la funzionalità apricancello. Tutte
le impostazioni avvengono tramite SMS. Alimentazione compresa tra 5 e 32 Vdc, assorbimento
massimo 500mA. Antenna GSM bibanda integrata. GSM: Dual Band EGSM 900/1800 MHz (compatibile con ETSI GSM Phase 2+ Standard); dimensioni: 98 x 60 x 24 (L x W x H) mm.
Il prodotto viene fornito già montato e collaudato.
TDG33 - Euro 198,00
Web
http://www.gechelin.com
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a cura della
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Redazione
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Arriva l’estate e si torna a
parlare di energia ricavata
dal sole. Questo mese presentiamo i siti di tre società
che si occupano della
costruzione e vendita di
sistemi fotovoltaici, in
grado di convertire direttamente l’energia solare in
energia elettrica. GechelinGroup è un marchio storico nel panorama italiano (opera dal 1980) con una gamma completa di componenti ed
accessori. La società, operante in Italia e all’estero, è in grado di soddisfare qualsiasi esigenza in questo campo, dai piccoli kit domestici ai grossi
impianti fotovoltaici con consegna chiavi in mano.
http://www.elettronicasanterno.it
http://www.mastervolt.it
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Filiale italiana della multinazionale olandese
Mastervolt, azienda leader nell’elettronica di potenza
che opera nei settori solare, nautico e automotive. Il
punto di forza di Mastervolt è sicuramente l’elevato
contenuto tecnologico di tutte le apparecchiature disponibili a catalogo, dai grossi convertitori switching
fino alle più economiche apparecchiature per uso
domestico. In questo settore, unica al mondo,
Mastervolt propone dei convertitori di piccola potenza (100-250watt) di tipo grid-connected in grado di
immettere l’energia prodotta da 1-2 pannelli solari
direttamente nell’impianto domestico a 220 volt.
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Da trent’anni una realtà di punta nel mercato dei convertitori, nei settori dell’elettronica di potenza, dell’automazione e della gestione delle energie alternative.
Elettronica Santerno dispone di una gamma completa
di inverter di potenza per la conversione e l'immissione
in rete di energia elettrica ricavata da pannelli fotovoltaici. Da segnalare anche gli studi nell'uso delle fuel cell,
partendo dalle sorgenti di energie rinnovabili, che
hanno portato allo sviluppo di una gamma di generatori di potenza e convertitori in grado di produrre idrogeno mediante l’impiego di pannelli fotovoltaici e turbine eoliche.
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euro 13,00;
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in dotazione a euro 10,00;
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ascolto nella cuffia in dotazione a euro 13,00;
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incorporati faretto, cannocchiale, e microfono spia amplificato
con ascolto nella cuffia in dotazione a euro 34,00;
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gli usi domestici e di spionaggio con microspia, microfono a
clip, tramettitore stereo 83MHz
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semplice”;
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transistor” (5° e 9° volume)
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TVC”(Antonelliana- Il Rostro-CELI);
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tutti i lettori. La Direzione non si assume
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C128 a euro 20,00;
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MACCHINE per FUMO e NEBBIA
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500
VDL500SM
42,00
00W
utilizzabili in discoteche, teatri, set cinematografici,
studi televisivi, manifestazioni varie, ecc...
MACCHINA per NEBBIA
VDL700HZ
7
0W
155,00
300
MACCHINA per FUMO
VDP3000SM
305,00
MACCHINA per FUMO
PROFESSIONALE DMX
0W
150
VDL800SMT
77,00
W
800
VDP1500SSM
VDP1500SSMSP1
225,00
MACCHINA per FUMO
con TELECOMANDO
9,00
MACCHINA per FUMO
PROFESSIONALE DMX
CONTROLLO REMOTO
per VDP1500SSM
VDL500SM
VDL800SMT
VDL700HZ
VDP1500SSM
VDP3000SM
Fumo emesso:
circa 55m³/min.
circa 100m³/min.
circa 100m³/min
circa 150m³/min
circa 300m³/min
Capacità serbatoio:
0,95 Litri
0,75 Litri
1,3 Litri
-
-
Alimentazione:
230Vac
230Vac
230Vac
230VAC/50Hz
230Vac/50Hz
Consumo:
550W max.
800W max.
700W max.
1500W max.
3000W max.
Dimensioni:
280 x 170 x 140mm
300 x 200 x 140mm
525 x 207 x 173mm
360 x 300 x 135mm
610 x 300 x 150mm
Dispone di comando
via cavo lungo 7 metri
che ne consente
l’accensione e lo
spegnimento a
distanza.
Dispone di timer e
telecomando con cavo
della lunghezza di 8
metri per l’accensione
e lo spegnimento a
distanza.
Viene fornita di
comando
multifunzione via cavo
per il controllo
a distanza.
Possibilità di
funzionamento
stand-alone o
mediante controllo
DMX (1 canale).
Funzionamento
mediante controllo DMX.
MACCHINE per BOLLE
VDL15BM
15W
25W
24,00
ACCESSORI
Liquido per fumo/nebbia
disponibile in confezione da
1 o 5 Litri.
VDLSL1 (1 Litro) Euro 6,00
VDLSL5 (5 Litri) Euro 16,00
Liquido per fumo/nebbia ad alta densità
disponibile in confezione da 5 Litri.
VDLSLH5 (5 Litri) Euro 18,00
Liquido per pulizia
macchine del fumo
(confezione da
0,25 Litri).
VDLCL Euro 3,50
Bomboletta
spay per
generare fumo
artificiale.
VDLSS Euro 13,00
VDL25BMR
50,00
40W
VDL100BM
155,00
VDL25BM
38,00
• Colore: blu/bianco;
• Alimentazione:
- adattatore AC/DC
3VDC/800mA max. (incluso);
- batterie 2 x 1.5 VDC
(1/2 torcia LR14C,
non incluse).
• Consumo: 15W max.;
• Peso: 0,8kg.
•
•
•
•
•
Colore: argento;
Alimentazione: 230VAC;
Consumo: 25W max.;
Peso: 3,2kg.
ACCESSORI
Liquido per la produzione di bolle di
sapone (confezione da 1 Litro).
VDLBL1 Euro 6,50
•
•
•
•
•
•
Colore: nero;
Massima potenza: 40W;
Capacità serbatoio: 1 Litro;
Peso: 3,5kg.
È dotata di comando via cavo lungo 7 metri
che ne permette l’accensione e lo
spegnimento a distanza.
Liquido per la produzione di bolle di
sapone (confezione da 5 Litri).
VDLBL5 Euro 20,00
MACCHINA per NEVE
Tel. 0331/799775 ~ Fax. 0331/778112
Disponibili presso i migliori
negozi di elettronica o nel
nostro punto vendita di
Gallarate (VA). Caratteristiche
tecniche e vendita on-line
direttamente sul sito
www.futuranet.it
Macchina in grado di produrre fiocchi di neve con possibilità di regolazione del fiocco.
Utilizza un potente motore e dispone di controllo remoto con cavo lungo 4 metri.
•
•
•
•
•
•
•
Tensione di alimentazione: 230VAC/50Hz;
Potenza: 400W;
Volume neve: 800mm³/min;
Capacità serbatoio: 1 Litro;
Lunghezza cavo telecomando: 4m;
VDL400SW
00
Peso: 3,2kg.
144,
W
100
•
•
•
•
•
•
Colore: grigio;
Massima potenza: 100W;
Capacità serbatoio: 2 Litri;
Peso: 17kg.
Tutti i liquidi speciali forniti sono atossici,
non irritano e non macchiano.
ACCESSORI
Speciale liquido per
macchina neve già
pronto all’uso
(confezione da 5 Litri).
VDLSW5 Euro 19,50
Strumenti di misura
Oscilloscopio digitale 2 canali 30 MHz
Compatto oscilloscopio digitale da laboratorio a due
canali con banda passante
di 30 MHz e frequenza di
campionamento di 240
00
Ms/s per canale. Schermo
EURO
LCD ad elevato contrasto
con retroilluminazione, autosetup della base dei tempi e della scala verticale, risoluzione verticale 8 bit, sensibilità 30 µV, peso (830 grammi) e dimensioni (230 x 150 x 50 mm) ridotte, possibilità di collegamento al PC mediante porta seriale RS232, firmware aggiornabile via Internet. La confezione
comprende l’oscilloscopio, il cavo RS232, 2 sonde da 60 MHz x1/x10, il
pacco batterie e l’alimentatore da rete.
APS230
690,
Oscilloscopio LCD da pannello
HPS10
EURO 185,00
Oscilloscopio palmare
2 MHz
Finalmente chiunque può possedere un oscilloscopio!
Il PersonalScope HPS10 non è un multimetro grafico
ma un completo oscilloscopio portatile con il prezzo e
le dimensioni di un buon multimetro. Elevata sensibilità – fino a 5 mV/div. – ed estese funzioni lo rendono
ideale per uso hobbystico, assistenza tecnica, sviluppo prodotti e più in generale in tutte quelle situazioni
in cui è necessario disporre di uno strumento leggero a
facilmente trasportabile. Completo di sonda 1x/10x,
alimentazione a batteria (possibilità di impiego di batteria ricaricabile).
Oscilloscopio LCD da pannello con schermo retroilluminato ad elevato contrasto.
Banda passante massima 2 MHz, velocità di campionamento 10 MS/s. Può essere utilizzato anche per la visualizzazione diretta di un segnale audio nonchè come multimetro con indicazione della misura in rms, dB(rel), dBV e dBm. Sei differenti modalità di
visualizzazione, memoria, autorange. Alimentazione: 9VDC o 6VAC / 300mA, dimensioni: 165 x 90mm (6.5" x 3.5"), profondità 35mm (1.4").
ACCESSORI PER OSCILLOSCOPI:
PROBE60S - Sonda X1/X10 isolata/60MHz - Euro 19,00
PROBE100 - Sonda X1/X10 isolata/100MHz - Euro 34,00
BAGHPS - Custodia per oscilloscopi HPS10/HPS40 - Euro 18,00
VPS10
EURO 190,00
Oscilloscopio digitale per PC
PCS100A 1 canale 12 MHz
2 canali 50 MHz
EURO 185,00
Oscilloscopio digitale che
utilizza il computer e il
relativo monitor per visualizzare le forme d'onda.
Tutte le informazioni standard di un oscilloscopio digitale sono disponibili utilizzando il
programma di controllo allegato. L'interfaccia tra l'unità oscilloscopio ed il PC avviene tramite porta parallela: tutti i segnali vengono optoisolati per evitare che il PC possa essere danneggiato
da disturbi o tensioni troppo elevate. Completo di sonda a coccodrillo e alimentatore da rete.
Risposta in frequenza: 0Hz a 12MHz (± 3dB); canali: 1; impedenza
di ingresso: 1Mohm / 30pF; indicatori per tensione, tempo e frequenza; risoluzione verticale: 8 bit; funzione di autosetup; isolamente ottico tra lo strumento e il computer; registrazione e visualizzazione del
segnale e della data; alimentazione: 9 - 10Vdc / 500mA (alimentatore compreso); dimensioni: 230 x 165 x 45mm; Peso: 400g.
Sistema minimo richiesto: PC compatibile IBM; Windows 95, 98,
ME, (Win2000 or NT possibile); scheda video SVGA (min. 800x600);
mouse; porta parallela libera LPT1, LPT2 or LPT3; lettore CD Rom.
PCS500A
EURO 495,00
Collegato ad un PC consente di visualizzare e
memorizzare qualsiasi forma d’onda. Utilizzabile
anche come analizzatore di spettro e visualizzatore di stati logici. Tutte le impostazioni e le regolazioni sono accessibili mediante un pannello di
controllo virtuale. Il collegamento al PC (completamente optoisolato) è effettuato tramite la
porta parallela. Completo di software di gestione, cavo di collegamento al PC, sonda a coccodrillo e alimentatore da rete.
Risposta in frequenza: 50 MHz ±3dB; ingressi: 2
canali più un ingresso di trigger esterno; campionamento max: 1 GHz; massima tensione in
ingresso: 100 V; impedenza di ingresso: 1 MOhm
/ 30pF; alimentazione: 9 ÷ 10 Vdc - 1 A; dimensioni: 230 x 165 45 mm; peso: 490 g.
HPS40
EURO 375,00
12 MHz
Oscilloscopio palmare, 1 canale, 12 MHz di
banda, campionamento 40 MS/s, interfacciabile
con PC via RS232 per la registrazione delle
misure. Fornito con valigia di trasporto, borsa
morbida, sonda x1/x10. La funzione di autosetup
ne facilita l’impiego rendendo questo strumento
adatto sia ai principianti che ai professionisti.
HPS10 Special Edition
Stesse caratteristiche del modello HPS10
ma con display blu con retroilluminazione.
L'oscilloscopio viene fornito con valigetta
di plastica rigida.
La fornitura comprende anche la sonda
di misura isolata x1/x10.
HPS10SE
EURO 210,00
Generatore di funzioni per PC
PCG10A
EURO 180,00
Generatore di funzioni da abbinare ad un PC; il software in dotazione consente
di produrre forme d’onda sinusoidali, quadre e triangolari oltre ad una serie di
segnali campione presenti in un’apposita libreria. Possibilità di creare un’onda
definendone i punti significativi. Il collegamento al PC può essere effettuato
tramite la porta parallela che risulta optoisolata dal PCG10A. Può essere
impiegato unitamente all’oscilloscopio PCS500A nel qual caso è possibile utilizzare un solo personal computer. Completo di software di gestione, cavo di
collegamento al PC, alimentatore da rete e sonda a coccodrillo.
Frequenza generata: 0,01 Hz ÷ 1 MHz; distorsione sinusoidale: <0,08%;
linearità d’onda triangolare: 99%; tensione di uscita: 100m Vpp ÷ 10
Vpp; impedenza di uscita: 50 Ohm; DDS: 32 Kbit; editor di forme
d‘onda con libreria; alimentazione: 9 ÷ 10 Vdc 1000 mA; dimensioni: 235 x 165 x 47 mm.
Generatore di funzioni 0,1 Hz - 2 MHz
DVM20
EURO 270,00
Semplice e versatile generatore di funzioni in grado di fornire sette differenti forme d'onda: sinusoidale, triangolare, quadra,
impulsiva (positiva), impulsiva (negativa), rampa (positiva), rampa (negativa). VCF (Voltage Controlled Frequency) interno o
esterno, uscita di sincronismo TTL /CMOS, simmetria dell'onda regolabile con possibilità di inversione, livello DC regolabile
con continuità. L'apparecchio dispone di un frequenzimetro digitale che può essere utilizzato per visualizzare la frequenza
generata o una frequenza esterna.
Disponibili presso i migliori
negozi di elettronica o nel nostro
punto vendita di Gallarate (VA). Caratteristiche tecniche e vendita on-line: www.futuranet.it
Tel. 0331/799775 - Fax. 0331/778112 www.futuranet.it
Disponibili numerosi modelli di multimetri,
palmari e da banco. Per caratteristiche e prezzi visita
la sezione Strumenti del nostro sito www.futuranet.it
Tutti i prezzi
sono da
intendersi IVA
inclusa.

apparecchiature utilizzabili

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